JP2005327743A - Spark plug with resistor, resistor composition for spark plug, and manufacturing method of spark plug with resistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に使用されるスパークプラグに関し、特に電波ノイズ発生防止用の抵抗体を組み込んだスパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine, and more particularly to a spark plug incorporating a resistor for preventing generation of radio noise.
従来、上述のようなスパークプラグとして、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対し、その一方の端部側から端子金具を挿入・固定し、同じく他方の端部側から中心電極を挿入・固定するとともに、該貫通孔内において端子金具と中心電極との間に抵抗体を配置する構造のものが知られている。この抵抗体は、例えば特開昭61−104580号公報、特開昭61−253786号公報あるいは特開平2−126584号公報に開示されているように、ガラス粉末及び/又は絶縁性セラミック粉末に無定形カーボン(例えばカーボンブラック)を混合した後ホットプレス等により焼結したものが使用されている。 Conventionally, as a spark plug as described above, a terminal fitting is inserted and fixed from one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and the center electrode is also inserted from the other end side. A structure having a structure in which a resistor is disposed between the terminal fitting and the center electrode in the through hole while being fixed is known. For example, as disclosed in JP-A-61-104580, JP-A-61-253786, or JP-A-2-126584, this resistor is used for glass powder and / or insulating ceramic powder. A mixture of shaped carbon (for example, carbon black) and then sintered by hot pressing or the like is used.
ここで、近年では、自動車エンジン等の内燃機関はますます高出力化する傾向にあり、着火性向上のために電源能力も上昇する方向にある。また、内燃機関の小型化に伴い、抵抗体入りスパークプラグも小型で高性能のものが要求されている。そして、このような抵抗体入りスパークプラグ、特に抵抗体の直径が小さい小型のスパークプラグに高負荷が作用すると、抵抗体に導電性を付与しているカーボンが焼損して抵抗値が増大し、安定した負荷寿命特性が得られない問題がある。 Here, in recent years, internal combustion engines such as automobile engines tend to have higher output, and the power supply capacity is also increasing to improve ignitability. In addition, with the miniaturization of the internal combustion engine, a spark plug with a resistor is required to be small and have high performance. And when a high load acts on such a spark plug with a resistor, particularly a small spark plug with a small diameter of the resistor, carbon imparting conductivity to the resistor burns out, and the resistance value increases. There is a problem that stable load life characteristics cannot be obtained.
本発明の課題は、高負荷が作用した場合でも安定した負荷寿命特性が得られる抵抗体入りスパークプラグとその製造方法、及びそれに使用するための抵抗体組成物を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a resistor-containing spark plug that can obtain stable load life characteristics even when a high load is applied, a method for manufacturing the same, and a resistor composition for use therein.
本発明の抵抗体入りスパークプラグは、その要部が下記の共通の構造を有する。すなわち、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対し、その一方の端部側に端子金具が固定され、同じく他方の端部側に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔内において端子金具と中心電極との間に、主に導電性材料と、ガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子とからなる抵抗体組成物で構成された抵抗体が配置される。そして、本発明の抵抗体入りスパークプラグの第一の構成においては、抵抗体組成物が、セラミック粒子として半導体性セラミック粒子を含有するものとされ、また、端子金具と中心電極との間で抵抗体を介して通電することにより測定される電気抵抗値の、20℃における値をα1、同じく150℃における値をα2として、(α2−α1)/α1≧−0.30であることを特徴とする。 The spark plug containing a resistor according to the present invention has the following common structure. That is, with respect to the through hole formed in the axial direction of the insulator, the terminal metal fitting is fixed to one end side thereof, and the center electrode is similarly fixed to the other end side, and the terminal is disposed in the through hole. Between the metal fitting and the center electrode, a resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed. In the first structure of the resistor-containing spark plug of the present invention, the resistor composition contains semiconducting ceramic particles as ceramic particles, and a resistance is provided between the terminal fitting and the center electrode. (Α2−α1) /α1≧−0.30, where α1 is a value at 20 ° C. and α2 is a value at 150 ° C. measured by energizing through the body. To do.
スパークプラグの負荷寿命特性を改善する試みとしては、半導体酸化物であるTiO2粒子を抵抗体中に配合して、抵抗体の負荷寿命の安定化を図る提案が、例えば、特開昭58−102480号、特開昭58−102481号、特開昭58−189917号、特開昭59−17201号、特開昭59−17202号、特開昭60−150601号、特開昭60−150602号、及び特公平5−52641号の各公報に開示されている。しかしながら、内燃機関が高出力化すると、これに取り付けて使用されるスパークプラグの温度が上昇し、これに内蔵された抵抗体の温度も、例えば100〜300℃程度の高温にまで加熱されることがある。このような状態になると、半導体性のTiO2の電気抵抗値、ひいては抵抗体の電気比抵抗が減少して、電波ノイズ防止性能が損なわれてしまう欠点がある。
As an attempt to improve the load life characteristics of the spark plug, a proposal for stabilizing the load life of a resistor by mixing TiO2 particles, which is a semiconductor oxide, in the resistor is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-102480. JP-A-58-102481, JP-A-58-189917, JP-A-59-17201, JP-A-59-17202, JP-A-60-150601, JP-A-60-150602, And Japanese Patent Publication No. 5-52641. However, when the output of the internal combustion engine increases, the temperature of the spark plug attached to the internal combustion engine rises, and the temperature of the resistor incorporated therein is also heated to a high temperature of about 100 to 300 ° C., for example. There is. In such a state, there is a defect that the electric resistance value of the
そこで、上記本発明の第一の構成では、抵抗体中に半導体性セラミック粒子を配合したスパークプラグにおいて、端子金具と中心電極との間で抵抗体を介して通電することにより測定される電気抵抗値の、20℃における値をα1、同じく150℃における値をα2として、(α2−α1)/α1≧−0.30に設定することで、高温においても十分な電波ノイズ防止性能が得られる。なお、(α2−α1)/α1<−0.30になると、高温でのノイズ防止性能が不十分となる場合がある。より望ましくは、(α2−α1)/α1≧−0.27の範囲で調整するのがよい。 Therefore, in the first configuration of the present invention, in the spark plug in which the semiconductor ceramic particles are blended in the resistor, the electrical resistance measured by energizing the resistor between the terminal fitting and the center electrode. By setting (α2−α1) /α1≧−0.30, where α1 is the value at 20 ° C. and α2 is the value at 150 ° C., sufficient radio wave noise prevention performance can be obtained even at high temperatures. When (α2−α1) / α1 <−0.30, noise prevention performance at high temperature may be insufficient. More preferably, it is good to adjust in the range of (α2−α1) /α1≧−0.27.
次に、抵抗体組成物は、半導体性セラミック粒子として、断面組織を観察したときに得られる粒子像の平均粒径(以下、本明細書では、これを単に平均粒径という)が0.5〜20μmとなるTiO2粒子を0.5〜20重量%の範囲で含有するとともに、そのTiO2粒子の少なくとも一部がルチル型結晶構造を有するものとして構成できる。なお、本明細書においては、金属酸化物は全て化学量論組成を有した組成式にて表示するが、実際には金属酸化物は酸素欠損により非化学量論組成となる場合がある。 Next, the resistor composition has, as semiconductive ceramic particles, an average particle diameter of a particle image obtained when the cross-sectional structure is observed (hereinafter, simply referred to as an average particle diameter in this specification) of 0.5. While containing TiO2 particle | grains used as -20micrometer in 0.5-20 weight%, at least one part of the TiO2 particle | grain can have a rutile type crystal structure. Note that in this specification, all metal oxides are represented by a composition formula having a stoichiometric composition, but in actuality, a metal oxide may have a non-stoichiometric composition due to oxygen deficiency.
該構成によれば、抵抗体組成物中にTiO2粒子を0.5〜20重量%の範囲で含有させることにより、高負荷条件でも良好な負荷寿命特性を確保でき、さらに抵抗体組成物中に配合するTiO2粒子の平均粒径を0.5〜20μmの範囲で調整して、その少なくとも一部をルチル型結晶構造を有するものとすることで、抵抗体による電波ノイズ防止性能の高温劣化を効果的に抑制することができる。 According to this configuration, by including TiO2 particles in the range of 0.5 to 20% by weight in the resistor composition, good load life characteristics can be ensured even under high load conditions, and further in the resistor composition. By adjusting the average particle size of the TiO2 particles to be blended in the range of 0.5 to 20 μm and having at least a part thereof have a rutile-type crystal structure, high-temperature deterioration of the radio noise prevention performance due to the resistor is effective. Can be suppressed.
例えばTiO2粒子とカーボン粒子等の非金属導電材料とを含有する抵抗体の場合、その導電経路は、非金属導電材料相互間、非金属導電材料とTiO2粒子間、あるいはTiO2粒子相互間の接触により形成される。そして、抵抗体の電気抵抗値は、これら粒子の固有抵抗(バルク抵抗)と、粒子間の接触抵抗との和で表されるものと考えられる。 For example, in the case of a resistor containing TiO2 particles and a nonmetallic conductive material such as carbon particles, the conductive path is determined by contact between the nonmetallic conductive materials, between the nonmetallic conductive material and the TiO2 particles, or between the TiO2 particles. It is formed. And it is thought that the electrical resistance value of a resistor is represented by the sum of the specific resistance (bulk resistance) of these particles and the contact resistance between the particles.
ここで、本発明者らが鋭意検討した結果、上述のような抵抗体の電気抵抗の温度依存性は、各粒子の固有抵抗の温度変化に主に支配されていることがわかった。一方、TiO2には、常圧相の結晶構造として、正方晶系のルチル型、同じく正方晶系のアナターゼ型、さらに斜方晶系のブルッカイト型の3種が知られている。このうち、工業的に重要なものはルチル型とアナターゼ型の2種であるが、本発明の上記構成は、これら2種のTiO2のうちルチル型のものの方がアナターゼ型のものよりも固有抵抗の温度変化が小さくなることに着目して完成されたものである。
Here, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the temperature dependence of the electrical resistance of the resistor as described above is mainly governed by the temperature change of the specific resistance of each particle. On the other hand, three types of
抵抗体組成物中のTiO2粒子の含有量が0.5重量%未満になると、抵抗体の負荷寿命特性が不十分となる。また、20重量%を超えるとノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。抵抗体組成物中のTiO2粒子の含有量は、望ましくは2〜20重量%、さらに望ましくは3〜15重量%の範囲で調整するのがよい。 When the content of TiO2 particles in the resistor composition is less than 0.5% by weight, the load life characteristics of the resistor are insufficient. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the noise prevention performance tends to deteriorate at high temperatures. The content of TiO2 particles in the resistor composition is desirably adjusted in the range of 2 to 20 wt%, more desirably 3 to 15 wt%.
一般に、TiO2は粒径が小さくなるとアナターゼ型結晶構造が安定化する傾向にある。そして、TiO2粒子の平均粒径が0.5μm未満になると、抵抗体によるノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。すなわちノイズ防止性能の温度特性が悪化することにつながる。これは、含有されるTiO2粒子が微粒子化することでアナターゼ型相の相対含有量が増し、ルチル型相の相対含有量が逆に不足して、ノイズ防止性能の温度特性が不十分になるためであると考えられる。また、別の問題として、TiO2粒子の平均粒径が0.5μm未満になると、TiO2原料粉末の嵩密度が増大するため、焼成により得られる抵抗体の密度が不足してノイズ防止性能あるいは負荷寿命特性が損なわれることにつながる。一方、TiO2粒子の平均粒径が20μmを超えると、TiO2粉末を含め、後述するガラス粉末やTiO2以外のセラミック粉末など、抵抗体の原料粉末粒子が焼成時に再配列しにくくなり、同様に抵抗体の密度が不足する結果につながる。抵抗体組成物中のTiO2粒子の平均粒径は、より望ましくは2〜8μmの範囲で調整するのがよい。 In general, TiO2 tends to stabilize the anatase crystal structure as the particle size decreases. And when the average particle diameter of TiO2 particle | grains will be less than 0.5 micrometer, the noise prevention performance by a resistor will become easy to deteriorate at high temperature. That is, the temperature characteristic of noise prevention performance is deteriorated. This is because the relative content of the anatase type phase is increased by making the contained TiO2 particles fine, the relative content of the rutile type phase is conversely insufficient, and the temperature characteristics of the noise prevention performance become insufficient. It is thought that. Another problem is that when the average particle size of the TiO2 particles is less than 0.5 μm, the bulk density of the TiO2 raw material powder increases, so that the density of the resistor obtained by firing is insufficient and noise prevention performance or load life is increased. This leads to the loss of properties. On the other hand, when the average particle diameter of the TiO2 particles exceeds 20 μm, the raw material powder particles of the resistor, such as a glass powder and a ceramic powder other than TiO2, which will be described later, including the TiO2 powder, are difficult to rearrange at the time of firing. Leads to a lack of density. The average particle diameter of the TiO2 particles in the resistor composition is more preferably adjusted in the range of 2 to 8 [mu] m.
次に、抵抗体組成物中のTiO2粒子は、その20重量%以上がルチル型結晶構造を有するもの(ルチル型相)であることが望ましい。この場合、TiO2粒子の残部は、アナターゼ型結晶構造を有するもの(アナターゼ型相)で構成することができる。TiO2の総量に占めるルチル型相の含有比率が20重量%未満になると、ノイズ防止性能の温度特性が不十分となる場合がある。ルチル型相の含有比率はより望ましくは30重量%以上とするのがよい。一方、ルチル型相の含有比率は80重量%以下の範囲で調整するのがよい。ルチル型相は、アナターゼ型相よりも一般に粗粒であるから、その含有比率が80重量%を超えると、TiO2と後述する金属相あるいは非金属導電材料とが主体となって形成される抵抗体中の導電路形成部の厚さが不均一化し、安定な負荷寿命特性が得られない場合がある。ルチル型相の含有比率は、より望ましくは70重量%以下とするのがよい。
Next, it is desirable that 20% by weight or more of the TiO2 particles in the resistor composition have a rutile crystal structure (rutile type phase). In this case, the remainder of the
また、抵抗体組成物中のTiO2粒子は、その粒径分布に着目した場合は、粒径範囲0.05〜0.5μmに属するTiO2粒子の含有比率を20〜80重量%とし、粒径範囲2〜8μmに属するTiO2粒子の含有比率を80〜20重量%とすることが、安定な負荷寿命特性とノイズ防止性能の温度特性とを確保する上で望ましい。すなわち、粒径範囲2〜8μmに属するTiO2粒子は大半がルチル型相を主体とするものとなり、その含有比率を20重量%以上とすることで、ノイズ防止性能において良好な温度特性を達成することができる。また、粒径範囲2〜8μmに属するTiO2粒子の含有比率を80重量%以下とし、粒径範囲0.05〜0.5μmに属するTiO2粒子の含有比率を上記範囲で調整することで、抵抗体中の導電路形成部の厚さを均一化でき、安定な負荷寿命特性を得ることができる。なお、粒径範囲0.05〜0.5μmに属するTiO2粒子の含有比率はより望ましくは30〜70重量%とするのがよく、粒径範囲2〜8μmに属するTiO2粒子の含有比率はより望ましくは70〜30重量%とするのがよい。
Further, the TiO2 particles in the resistor composition, when focusing on the particle size distribution, the content ratio of the TiO2 particles belonging to the particle size range 0.05 to 0.5 [mu] m is 20 to 80 wt%, the particle size range The content ratio of
次に、抵抗体組成物は、半導体性セラミック粒子として、半導体性のチタン酸金属塩系複合酸化物及び半導体性のジルコン酸金属塩系複合酸化物の少なくともいずれか(以下、両者を総称する場合は特定複合酸化物という)を0.5〜20重量%の範囲で含有するものとして構成できる。 Next, the resistor composition is composed of at least one of semiconducting metal titanate complex oxide and semiconducting zirconate complex oxide (hereinafter collectively referred to as both) as semiconductive ceramic particles. Is referred to as a specific composite oxide) in the range of 0.5 to 20% by weight.
この構成は、半導体性セラミック粒子として従来使用されてきたTiO2と比較して、チタン酸金属塩系複合酸化物及びジルコン酸金属塩系複合酸化物が固有抵抗の温度変化が小さいことに着目して完成されたものである。そして、抵抗体組成物中に上述の特定複合酸化物を0.5〜20重量%の範囲で含有させることにより、高負荷条件でも良好な負荷寿命特性を確保でき、かつ抵抗体によるノイズ防止性能の高温劣化を効果的に抑制することができる。 This configuration focuses on the fact that the temperature change of the specific resistance is small in the metal titanate complex oxide and the metal zirconate complex oxide compared to TiO2 that has been conventionally used as semiconductor ceramic particles. It has been completed. And by including the above-mentioned specific complex oxide in the range of 0.5 to 20% by weight in the resistor composition, good load life characteristics can be secured even under high load conditions, and noise prevention performance by the resistor Can be effectively suppressed.
抵抗体組成物中の特定複合酸化物の含有量が0.5重量%未満になると、抵抗体の負荷寿命特性が不十分となる。また、20重量%を超えるとノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。抵抗体組成物中の特定複合酸化物の含有量は、望ましくは2〜20重量%、さらに望ましくは3〜15重量%の範囲で調整するのがよい。 When the content of the specific composite oxide in the resistor composition is less than 0.5% by weight, the load life characteristic of the resistor becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the noise prevention performance tends to deteriorate at high temperatures. The content of the specific composite oxide in the resistor composition is preferably adjusted in the range of 2 to 20% by weight, more preferably 3 to 15% by weight.
上述のような特定複合酸化物としては、アルカリ土類金属元素のチタン酸塩あるいはアルカリ土類金属元素のジルコン酸塩が、良好な半導体特性を有してその固有抵抗の温度変化も小さく、本発明に特に好適に使用することができる。 As specific composite oxides as described above, alkaline earth metal element titanates or alkaline earth metal element zirconates have good semiconductor properties and a small temperature change in resistivity. It can be particularly preferably used in the invention.
このようなアルカリ土類金属元素のチタン酸塩あるいはジルコン酸塩としては、チタン酸マグネシウム(組成式:MgTiO3、ただし酸素欠損のため非化学量論組成となる場合がある。以下同じ)、ジルコン酸マグネシウム(組成式:MgZrO3)、チタン酸カルシウム(組成式:CaTiO3)、ジルコン酸カルシウム(組成式:CaZrO3)、チタン酸ストロンチウム(組成式:SrTiO3)、ジルコン酸ストロンチウム(組成式:SrZrO3)、チタン酸バリウム(組成式:BaTiO3)及びジルコン酸バリウム(組成式:BaZrO3)を例示でき、本発明においてはこれらから選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を複合させて使用することができる。
Such titanates or zirconates of alkaline earth metal elements include magnesium titanate (compositional formula:
上記抵抗体組成物中の特定複合酸化物の粒子の平均粒径は、0.5μm〜20μmの範囲で調整するのがよい。該平均粒径が0.5μm未満になると、特定複合酸化物の原料粉末の嵩密度が増大するため、焼成により得られる抵抗体の密度が不足してノイズ防止性能あるいは負荷寿命特性が損なわれる場合がある。一方、特定複合酸化物の平均粒径が20μmを超えると、特定複合酸化物粉末を含め、後述するガラス粉末や上記特定複合酸化物以外のセラミック粉末など、抵抗体の原料粉末粒子が焼成時に再配列しにくくなり、同様に抵抗体の密度が不足する場合がある。抵抗体組成物中の特定複合酸化物の平均粒径は、より望ましくは2〜8μmの範囲で調整するのがよい。 The average particle size of the particles of the specific composite oxide in the resistor composition is preferably adjusted in the range of 0.5 μm to 20 μm. When the average particle size is less than 0.5 μm, the bulk density of the raw material powder of the specific composite oxide increases, and thus the resistance of the resistor obtained by firing is insufficient and the noise prevention performance or load life characteristics are impaired. There is. On the other hand, when the average particle size of the specific composite oxide exceeds 20 μm, the raw material powder particles of the resistor, including the specific composite oxide powder, such as a glass powder to be described later and a ceramic powder other than the specific composite oxide, are regenerated during firing. It becomes difficult to arrange, and the density of the resistors may be insufficient as well. The average particle size of the specific composite oxide in the resistor composition is more desirably adjusted in the range of 2 to 8 μm.
さて、以上の構成では、抵抗体組成物中に含有されるセラミック粒子のうち、TiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子を除いた残余のもの(以下、補助セラミック粒子という)の含有量が2〜32重量%となっているのがよい。補助セラミック粒子の含有量が上記範囲から外れると、スパークプラグの負荷寿命特性が損なわれる場合がある。補助セラミック粒子の含有量は、望ましくは3〜20重量%の範囲で調整するのがよい。補助セラミック粒子は、例えばZrO2、ZrSiO4、Al2O3、MgO、Al−Mgスピネル及びムライトの1種又は2種以上を主体とするものとして構成できる。 Now, in the above configuration, among the ceramic particles contained in the resistor composition, the remaining amount excluding TiO2 particles or specific composite oxide particles (hereinafter referred to as auxiliary ceramic particles) is 2 to 32. It is good to be weight%. When the content of the auxiliary ceramic particles is out of the above range, the load life characteristics of the spark plug may be impaired. The content of the auxiliary ceramic particles is desirably adjusted in the range of 3 to 20% by weight. The auxiliary ceramic particles can be composed mainly of, for example, one or more of ZrO2, ZrSiO4, Al2O3, MgO, Al-Mg spinel and mullite.
上記抵抗体組成物は、2〜90重量%のガラスと、2.5〜52重量%のセラミック粒子(TiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子を含む)と、0.1〜5重量%の炭素成分とを含有するものとして構成できる。このような抵抗体組成物は、例えば2〜90重量%のガラス粉末と、2.5〜52重量%のセラミック粒子と、0.1〜5重量%の非金属導電材料(例えばカーボンブラック)と、0.1〜5重量%の有機バインダ(例えばPVA等)と、必要に応じて適量の金属粉末(金属相となる)とを混合して原料粉末となし、これを加熱・成形することにより得ることができる。 The resistor composition includes 2 to 90% by weight of glass, 2.5 to 52% by weight of ceramic particles (including TiO2 particles or specific composite oxide particles), and 0.1 to 5% by weight of a carbon component. It can comprise as what contains. Such a resistor composition includes, for example, 2 to 90% by weight of glass powder, 2.5 to 52% by weight of ceramic particles, and 0.1 to 5% by weight of a nonmetallic conductive material (for example, carbon black). By mixing 0.1 to 5% by weight of an organic binder (for example, PVA, etc.) and an appropriate amount of metal powder (which becomes a metal phase) as necessary to obtain a raw material powder, this is heated and molded. Can be obtained.
具体的には、粒径150μm未満のガラス粒子(以下、微粒ガラスという)を3〜20重量%、粒径範囲150〜800μmに属するガラス粒子(以下、粗粒ガラスという)を60〜90重量%、TiO2粒子又は特定複合酸化物粒子を0.5〜20重量%、補助セラミック粒子を2〜32重量%、Al、Mg、Ti、Zr及びZnの1種又は2種以上を主体とする金属粉末(金属相となる)を0.05〜0.5重量%、及び非金属導電材料粉末を0.5〜5.0重量%配合し、ホットプレスすることにより製造することができる。 Specifically, 3 to 20% by weight of glass particles having a particle size of less than 150 μm (hereinafter referred to as fine glass), and 60 to 90% by weight of glass particles belonging to a particle size range of 150 to 800 μm (hereinafter referred to as coarse glass). Metal powder mainly composed of 0.5 to 20% by weight of TiO2 particles or specific composite oxide particles, 2 to 32% by weight of auxiliary ceramic particles, and one or more of Al, Mg, Ti, Zr and Zn It can be produced by blending 0.05 to 0.5% by weight (being a metal phase) and 0.5 to 5.0% by weight of non-metallic conductive material powder and hot pressing.
図4は、このようにして得られる上記抵抗体組成物の構造を模式的に示したものである。すなわち、微粒ガラスの少なくとも一部が溶融後凝固することにより結合ガラス相となり、これに金属相及び非金属導電材料粒子(以下、これらを総称して導電性材料粉末という)が分散して導電路形成部となる。該導電路形成部は、粗粒ガラスに由来するブロックガラス粒子を取り囲んだ、いわゆるブロック構造を形成することとなる。この場合、結合ガラス相の少なくとも一部は、端子金具側の端部から中心電極側の端部に至る連続部を形成してなり、該連続部が、導電性材料粉末の粒子同士の電気的な接触に基づき、抵抗体の導電路を形成することとなる。そして、この連続部、すなわち導電路がブロック粒子の介在により至る所で迂回させられてその実効長が長くなり、良好な電波ノイズ発生防止効果が達成される。 FIG. 4 schematically shows the structure of the resistor composition thus obtained. That is, at least a part of the fine glass is melted and solidified to form a bonded glass phase, in which a metal phase and non-metallic conductive material particles (hereinafter collectively referred to as conductive material powder) are dispersed to form a conductive path. It becomes a forming part. The conductive path forming portion forms a so-called block structure surrounding block glass particles derived from coarse glass. In this case, at least a part of the bonded glass phase forms a continuous part from the end part on the terminal fitting side to the end part on the center electrode side, and the continuous part is an electrical connection between the particles of the conductive material powder. The conductive path of the resistor is formed on the basis of such contact. And this continuous part, ie, a conductive path, is detoured everywhere by the interposition of block particles, the effective length becomes long, and a good effect of preventing generation of radio noise is achieved.
微粒ガラスは、ホットプレス時に少なくともその一部が溶融して、粗粒ガラス粉末の粒子同士に形成された隙間を充填する役割を果たす。しかしながら、その粒径が150μmを超えると溶融が不十分となって導電路に空隙が生じやすくなり、プラグの負荷寿命特性が損なわれることにつながる。なお、微粒ガラス粉末の粒径は、望ましくは100μm以下の範囲で設定するのがよい。一方、粗粒ガラスは、粒径が150μm未満になると加熱・成形時に粒子が軟化ないし溶融しやすくなり、前述のブロック構造が損なわれて良好な電波ノイズ発生防止効果が達成されなくなる。また、粒径が800μmを超えるとガラス粒子間に空隙が残存しやすくなり、プラグの負荷寿命特性が損なわれることにつながる。 The fine glass serves to fill a gap formed between particles of the coarse glass powder by melting at least part of it during hot pressing. However, if the particle size exceeds 150 μm, the melting is insufficient and voids are easily generated in the conductive path, leading to the deterioration of the load life characteristics of the plug. The particle size of the fine glass powder is desirably set within a range of 100 μm or less. On the other hand, when the particle size of the coarse glass is less than 150 μm, the particles are easily softened or melted at the time of heating and molding, and the above-mentioned block structure is damaged, and a good radio noise generation preventing effect is not achieved. On the other hand, if the particle size exceeds 800 μm, voids are likely to remain between the glass particles, leading to a deterioration in the load life characteristics of the plug.
また、微粒ガラスの重量が3重量%未満になるか、粗粒ガラスの重量が90重量%を超えると、ホットプレス時にガラスがほとんど溶融しなくなり、ガラス粒子間に多量の空隙が形成されて、プラグの負荷寿命特性が損なわれる。一方、微粒ガラスの重量が30重量%を超えるか、粗粒ガラスの重量が60重量%未満になると、ブロック粒子の含有比率が減少し、ブロック構造の形成が不十分となって良好な電波ノイズ発生防止効果が達成されなくなる。なお、微粒ガラスの重量は、望ましくは3〜12重量%の範囲で設定するのがよい。また、粗粒ガラスの重量は、望ましくは70〜85重量%の範囲で設定するのがよい。 Moreover, when the weight of the fine glass is less than 3% by weight or the weight of the coarse glass exceeds 90% by weight, the glass hardly melts during hot pressing, and a large amount of voids are formed between the glass particles, The load life characteristics of the plug are impaired. On the other hand, if the weight of the fine glass exceeds 30% by weight or the weight of the coarse glass becomes less than 60% by weight, the content ratio of the block particles decreases, and the formation of the block structure becomes insufficient, resulting in good radio noise. Generation prevention effect is not achieved. The weight of the fine glass is desirably set in the range of 3 to 12% by weight. The weight of the coarse glass is desirably set in the range of 70 to 85% by weight.
金属相ないし非金属導電材料の配合量が上記範囲の上限値から外れると、電波ノイズ防止効果が不十分となる場合がある。逆に下限値から外れると負荷寿命特性が損なわれる場合がある。金属相の配合量は、望ましくは0.1〜0.3重量%の範囲で調整するのがよく、非金属導電材料の含有量は望ましくは0.5〜3.0重量%の範囲で調整するのがよい。 If the blending amount of the metal phase or non-metallic conductive material is out of the upper limit of the above range, the radio wave noise prevention effect may be insufficient. On the other hand, if the value falls outside the lower limit, the load life characteristics may be impaired. The blending amount of the metal phase is desirably adjusted in the range of 0.1 to 0.3% by weight, and the content of the nonmetallic conductive material is desirably adjusted in the range of 0.5 to 3.0% by weight. It is good to do.
また、組織の観点からみた場合、抵抗体組成物は次のように構成されているのがよい。すなわち、該抵抗体組成物は、粒径範囲150〜800μmに属するガラス粒子からなるブロックガラス粒子を50〜90体積%と、導電性材料と、セラミック粒子と、それら導電性材料とセラミック粒子とを分散させた状態で互い結合する結合ガラス相とを含有して、ブロックガラス粒子間を埋める形態をなし、抵抗体中に導電路を形成する導電路形成部を10〜50体積%とを含む。 From the viewpoint of the structure, the resistor composition is preferably configured as follows. That is, the resistor composition comprises 50 to 90% by volume of block glass particles made of glass particles belonging to a particle size range of 150 to 800 μm, a conductive material, ceramic particles, and the conductive material and ceramic particles. It contains a bonded glass phase that is bonded to each other in a dispersed state to fill the space between the block glass particles, and includes 10 to 50% by volume of a conductive path forming portion that forms a conductive path in the resistor.
ブロックガラス粒子の含有比率が50体積%未満になるか、あるいは抵抗組成物中における導電路形成部の含有比率が50体積%を超えると、ブロック粒子の含有比率が減少し、ブロック構造の形成が不十分となって良好な電波ノイズ発生防止効果が達成されなくなる。逆に、ブロックガラス粒子の含有量が90体積%を超えるか、あるいは抵抗組成物中における導電路形成部の含有比率が10体積%未満になると、ガラス粒子間に多量の空隙が形成されて、プラグの負荷寿命特性が損なわれる。ブロックガラス粒子の含有量は、より望ましくは20〜40体積%の範囲で調整するのがよい。 When the content ratio of the block glass particles is less than 50% by volume, or the content ratio of the conductive path forming part in the resistance composition exceeds 50% by volume, the content ratio of the block particles decreases, and the block structure is formed. It becomes insufficient, and a good effect of preventing generation of radio noise is not achieved. Conversely, if the content of the block glass particles exceeds 90% by volume, or the content ratio of the conductive path forming part in the resistance composition is less than 10% by volume, a large amount of voids are formed between the glass particles, The load life characteristics of the plug are impaired. The content of the block glass particles is more desirably adjusted in the range of 20 to 40% by volume.
なお、ブロックガラス粒子の粒径は、図8に示すように、抵抗体断面上で観察される粒子の外形線に対し、その外形線と接しかつ粒子内を横切らないように2本の平行線A,Bを、その粒子との位置関係を変えながら各種引いたときの、上記平行線A,B間の距離の最大値dとして定義する(なお、前述のTiO2粒子像の粒径等についても同じ)。そして、ブロックガラス粒子の体積含有率は、その抵抗体断面上で観察されるブロックガラス粒子の合計面積を、視野面積で割ることにより算出できる。 In addition, as shown in FIG. 8, the particle size of the block glass particles is two parallel lines so as to be in contact with the outer shape line of the particle observed on the cross section of the resistor and not to cross the inside of the particle. A and B are defined as the maximum value d of the distance between the parallel lines A and B when various positions are drawn while changing the positional relationship with the particles (note that the particle diameter of the TiO2 particle image is also described above) the same). The volume content of the block glass particles can be calculated by dividing the total area of the block glass particles observed on the resistor cross section by the visual field area.
導電路形成部に含まれる導電性材料は、例えばAl、Mg、Ti、Zr及びZnの1種又は2種以上を主体とする金属相と、非金属導電性材料とを含有するものとすることができる。 The conductive material included in the conductive path forming portion includes, for example, a metal phase mainly composed of one or more of Al, Mg, Ti, Zr and Zn, and a non-metallic conductive material. Can do.
また、導電路形成部は、当該導電路形成部中に占める重量含有比率において、結合ガラス相を7.5〜50重量%、金属相を0.1〜3.0重量%、非金属導電材料を1.2〜12.5重量%、セラミック粒子を5〜80重量%(そのうち、TiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子は5〜50重量%)の各範囲で含有するものとすることができる。 In addition, the conductive path forming part includes 7.5 to 50% by weight of the bonded glass phase, 0.1 to 3.0% by weight of the metal phase, and a nonmetallic conductive material in the weight content ratio in the conductive path forming part. In the range of 1.2 to 12.5% by weight and ceramic particles in the range of 5 to 80% by weight (of which TiO2 particles or specific composite oxide particles are 5 to 50% by weight).
導電路形成部中の結合ガラス相の含有比率が7.5重量%未満になると、ホットプレス時にガラスがほとんど溶融しなくなり、ガラス粒子間に多量の空隙が形成されて、プラグの負荷寿命特性が損なわれる。一方、50重量%を超えると、金属相ないし非金属導電材料の相対比率が減少し、負荷寿命特性が損なわれることにつながる。また、導電路形成部中の金属相ないし非金属導電材料粒子の含有比率が上記範囲の上限値から外れると、電波ノイズ防止効果が不十分となる場合がある。また、逆に下限値から外れると、負荷寿命特性が損なわれる場合がある。 When the content ratio of the bonded glass phase in the conductive path forming portion is less than 7.5% by weight, the glass hardly melts during hot pressing, and a large amount of voids are formed between the glass particles, so that the load life characteristic of the plug is improved. Damaged. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, the relative proportion of the metallic phase or non-metallic conductive material is reduced, leading to the deterioration of the load life characteristics. Moreover, if the content ratio of the metal phase or the non-metallic conductive material particles in the conductive path forming portion is out of the upper limit value in the above range, the radio noise prevention effect may be insufficient. On the other hand, if it deviates from the lower limit value, the load life characteristics may be impaired.
さらに、導電路形成部中のTiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子の含有比率が5重量%未満になると、抵抗体の負荷寿命特性が不十分となる。また、50重量%を超えるとノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。この場合、TiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子の導電路形成部に占める体積比率は、同様の理由により5〜50体積%、望ましくは20〜40体積%の範囲で調整するのがよい。なお、この体積含有率VRは、例えば抵抗体組成物の断面組織において観察されるセラミック粒子の面積率をS0とし、かつX線回折等により同定される、抵抗体組成物中のTiO2粒子ないし特定複合酸化物粒子の含有体積をV1、同じく補助セラミック粒子の含有体積をV2として、
VR={S0×V1/(V1+V2)}×100(体積%)‥‥(1)
により算出することができる。
Furthermore, when the content ratio of the
VR = {S0 × V1 / (V1 + V2)} × 100 (volume%) (1)
Can be calculated.
非金属導電材料は、無定形カーボン(カーボンブラック)、グラファイト、SiC、TiC、WC及びZrCの各粒子の1種又は2種以上を主体とするものとして構成できる。この場合、抵抗体組成物中には、その非金属導電材料に基づく炭素成分が含有されることとなり、かつ該炭素成分は、主に導電路形成部に存在する形となる。例えばカーボンブラックを用いると、該炭素成分の少なくとも一部のものが、カーボンブラック粒子の形で導電路形成部中に含有されることとなる。 The non-metallic conductive material can be constituted mainly of one or more of amorphous particles (carbon black), graphite, SiC, TiC, WC and ZrC. In this case, the resistor composition contains a carbon component based on the non-metallic conductive material, and the carbon component mainly exists in the conductive path forming portion. For example, when carbon black is used, at least a part of the carbon component is contained in the conductive path forming portion in the form of carbon black particles.
抵抗体組成物中の炭素の含有量は0.5〜5.0重量%の範囲で調整するのがよい。炭素の含有量が0.5重量%未満になると、スパークプラグの負荷寿命特性が損なわれる場合がある。また、炭素の含有量が5.0重量%を超えると、電波ノイズ防止効果が不十分となる場合がある。炭素含有量は、より望ましくは0.5〜3.0重量%の範囲で調整するのがよい。なお、非金属導電材料中には、粉末成型用の有機バインダに由来した炭素成分が含まれる場合がある。 The content of carbon in the resistor composition is preferably adjusted in the range of 0.5 to 5.0% by weight. When the carbon content is less than 0.5% by weight, the load life characteristics of the spark plug may be impaired. On the other hand, if the carbon content exceeds 5.0% by weight, the effect of preventing radio noise may be insufficient. The carbon content is more desirably adjusted in the range of 0.5 to 3.0% by weight. Note that the nonmetallic conductive material may contain a carbon component derived from an organic binder for powder molding.
また、本発明においてガラス粒子の材質は、例えばB2O3−SiO2系、BaO−B2O3系、SiO2−B2O3−CaO−BaO系、及びSiO2−ZnO−B2O3系、SiO2−B2O3−Li2O系、及びSiO2−B2O3−Li2O−BaO系の各ガラス粉末のうちの1種以上を含有するものを使用することができる。この場合、その軟化温度が800℃以下のものを使用することで、溶融時のガラスの流動性が高められ、ブロック粒子間の隙間に結合ガラス相が十分ゆき渡って隙間等が形成されにくくなる。その結果、プラグの負荷寿命特性が改善される。ここで、ガラスの軟化温度は、その粘性率が4.5×107ポアズとなる温度を意味するものとする。該軟化温度が300℃未満になると、抵抗体の耐熱性が損なわれるので、軟化温度が300〜800℃、より望ましくは600〜800℃のガラスを使用するのがよい。なお、粗粒ガラス(あるいはブロックガラス粒子)と微粒ガラス(あるいは結合ガラス相)とで、ガラスの材質を異ならせてもよい。 In the present invention, the material of the glass particles is, for example, B2O3-SiO2 type, BaO-B2O3 type, SiO2-B2O3-CaO-BaO type, SiO2-ZnO-B2O3 type, SiO2-B2O3-Li2O type, and SiO2-B2O3. What contains 1 or more types of each -Li2O-BaO type | system | group glass powder can be used. In this case, by using a softening temperature of 800 ° C. or lower, the fluidity of the glass at the time of melting is enhanced, and the bonded glass phase is sufficiently spread between the block particles so that the gaps are not easily formed. . As a result, the load life characteristics of the plug are improved. Here, the softening temperature of the glass means a temperature at which the viscosity becomes 4.5 × 10 7 poise. When the softening temperature is less than 300 ° C., the heat resistance of the resistor is impaired. Therefore, it is preferable to use glass having a softening temperature of 300 to 800 ° C., more preferably 600 to 800 ° C. Note that the material of the glass may be different between coarse glass (or block glass particles) and fine glass (or bonded glass phase).
ここで、ガラスの軟化温度については、抵抗体のガラス粒子中のB、Si、Ca、Ba、Li等の被酸化元素成分の含有量をそれぞれ分析して酸化物換算した組成を算出し、この組成とほぼ等しくなるように、各被酸化元素成分の酸化物原料を配合・溶解後、急冷してガラス試料を作り、そのガラス試料の軟化点をもって当該ガラスの軟化点を推定できる。 Here, for the softening temperature of the glass, the content of the oxidizable element component such as B, Si, Ca, Ba, Li, etc. in the glass particles of the resistor is analyzed to calculate the oxide-converted composition. A glass sample is prepared by blending and dissolving the oxide raw materials of each oxidizable element component so as to be almost equal to the composition, and then rapidly cooling to make a glass sample, and the softening point of the glass sample can be estimated from the softening point of the glass sample.
また、ガラス粒子の材質は、微粒ガラスの軟化温度と、粗粒ガラスの軟化温度との差が100℃以下のものを使用することが望ましい。すなわち、微粒ガラス及び粗粒ガラスの各軟化温度を、それぞれTF及びTCとした場合に、|TF−TC|≦100℃であることが望ましい。この場合、TF>TCであってもTF<TCであってもいずれでもよい。その理由を以下に説明する。 Further, it is desirable to use a glass particle having a difference between the softening temperature of fine glass and the softening temperature of coarse glass of 100 ° C. or less. That is, it is desirable that | TF−TC | ≦ 100 ° C. when the softening temperatures of fine glass and coarse glass are TF and TC, respectively. In this case, either TF> TC or TF <TC may be used. The reason will be described below.
まず、微粒ガラスと粗粒ガラスとでは、その粘性率が同じであっても前者の方が後者よりもホットプレス時に変形を起こしやすい性質を有している。そして、TF>TCの場合は|TF−TC|≦100℃であれば、微粒ガラスの軟化温度が粗粒ガラスよりも多少高くとも、微粒ガラスはホットプレス時の圧力で十分に変形し、粗粒ガラス間の隙間を埋めるのでプラグの負荷寿命特性が良好に維持される。しかしながら、|TF−TC|>100℃になると微粒ガラスの変形が不十分となり、粗粒ガラス間に隙間が形成されて負荷寿命特性の低下を招く場合がある。一方、TF<TCの場合は、微粒ガラスはさらに変形しやすくなり、隙間等はより形成されにくくなるが、|TF−TC|>100℃になるとガラスの粘性率が低くなり過ぎ、また、導電路形成部に微粒ガラスの発泡による空隙が発生しやすくなって、負荷寿命特性の低下を招く場合がある。それ故、|TF−TC|は100℃以下であることが望ましく、|TF−TC|は、望ましくは50℃以下とするのがよい。 First, fine glass and coarse glass have the property that the former is more likely to be deformed during hot pressing than the latter even if the viscosity is the same. In the case of TF> TC, if | TF−TC | ≦ 100 ° C., even if the softening temperature of the fine glass is somewhat higher than that of the coarse glass, the fine glass is sufficiently deformed by the pressure during hot pressing, Since the gaps between the glass grains are filled, the load life characteristics of the plug are maintained well. However, if | TF−TC |> 100 ° C., the deformation of the fine glass becomes insufficient, and a gap may be formed between the coarse glass, resulting in a decrease in load life characteristics. On the other hand, when TF <TC, the fine glass is more easily deformed and gaps are not easily formed. However, when | TF−TC |> 100 ° C., the viscosity of the glass becomes too low, and the conductivity is reduced. There are cases where voids due to the foaming of the fine glass are likely to occur in the path forming portion, resulting in a decrease in load life characteristics. Therefore, | TF−TC | is desirably 100 ° C. or less, and | TF−TC | is desirably 50 ° C. or less.
次に、抵抗体組成物は、導電性材料としてのTiを主体とする金属相(以下、Ti系金属相という)と、半導体性セラミック粒子としての組成式TinO2n−1で表示される亜酸化チタン粒子と、の少なくともいずれかを含有するものとして構成することもできる。なお、ここでいう亜酸化チタンとは、二酸化チタンよりも酸素含有率の低い酸化チタンをいい、組成式TiOx(x<2)として表すことも可能である。 Next, the resistor composition is composed of a metal phase mainly composed of Ti as a conductive material (hereinafter referred to as Ti-based metal phase) and titanium suboxide represented by a composition formula TinO2n-1 as semiconductive ceramic particles. It is also possible to configure it as containing at least one of particles. Here, titanium suboxide refers to titanium oxide having a lower oxygen content than titanium dioxide, and can also be expressed as a composition formula TiOx (x <2).
従来、抵抗体組成物中に配合されていたアナターゼ型のTiO2は半導体性であり、温度上昇に伴い電気抵抗値が減少する性質を有する(すなわち、負の温度係数を有している)。この場合、その温度上昇に伴う電気抵抗値の変化率が比較的大きいため、高温での電気抵抗値の減少が大きく、過度に配合量を増加させると、高温での電波ノイズ防止性能が損なわれる欠点がある。これに対し、上記亜酸化チタンは同じ半導体性ながら温度上昇に伴う電気抵抗値の変化率が二酸化チタンよりも小さいので、高温での抵抗体の電気抵抗値の減少が抑制され、ひいては高温でも良好な電波ノイズ防止性能を確保できる。またTi系金属は、温度上昇に伴い電気抵抗値が逆に増大する(すなわち正の温度係数を有している)ことから、高温での抵抗減少抑制に関して上記亜酸化チタンと同様の効果を奏する。また、抵抗体中のTi系金属相や亜酸化チタン粒子は、負荷寿命安定材としても作用し、抵抗体の負荷寿命特性が向上する効果も合わせて達成される。なお、Ti系金属相と亜酸化チタン粒子とは、いずれかを単独で抵抗体組成物中に含有させてもよいし、双方を混在させてもよい。 Conventionally, anatase-type TiO2 blended in a resistor composition is semiconducting and has a property that its electrical resistance value decreases as the temperature rises (that is, has a negative temperature coefficient). In this case, since the rate of change of the electrical resistance value accompanying the temperature rise is relatively large, the electrical resistance value greatly decreases at high temperatures. If the amount is excessively increased, the radio noise prevention performance at high temperatures is impaired. There are drawbacks. On the other hand, the titanium suboxide has the same semiconductivity, but the rate of change of the electrical resistance value with increasing temperature is smaller than that of titanium dioxide, so that the decrease in the electrical resistance value of the resistor at high temperature is suppressed, which is good even at high temperature. Secures radio noise prevention performance. In addition, Ti-based metals have an electrical resistance value that increases conversely as the temperature rises (that is, has a positive temperature coefficient), and therefore have the same effect as titanium suboxide with respect to resistance reduction suppression at high temperatures. . Further, the Ti-based metal phase and titanium suboxide particles in the resistor act as a load life stabilizing material, and the effect of improving the load life characteristics of the resistor is also achieved. Note that either the Ti-based metal phase or the titanium suboxide particles may be contained alone in the resistor composition, or both may be mixed.
この場合、抵抗体組成物中の、Ti系金属相及び/又は亜酸化チタン粒子の合計含有量は、0.5〜10重量%の範囲で調整することで、上記効果を一層顕著なものとすることができる。なお、上記合計含有量が0.5重量%未満であると、高温での抵抗値増大の抑制効果が不十分となる場合がある。また、該合計含有量が10重量%を超えると、抵抗体組成物の電気比抵抗の過度の増大を招く場合がある。 In this case, the total content of the Ti-based metal phase and / or titanium suboxide particles in the resistor composition is adjusted in the range of 0.5 to 10% by weight, so that the above effect becomes more remarkable. can do. If the total content is less than 0.5% by weight, the effect of suppressing an increase in resistance value at high temperatures may be insufficient. Moreover, when this total content exceeds 10 weight%, the excessive increase in the electrical specific resistance of a resistor composition may be caused.
また、Ti系金属相及び/又は亜酸化チタン粒子の平均粒径は、5〜100μmの範囲で調整するのがよい。該平均粒径が5μm未満になると、抵抗体の製造時等において、Ti系金属相及び/又は亜酸化チタン粒子の酸化反応が進みやすくなり、高温での抵抗値増大の抑制効果が不十分となる場合がある。他方、平均粒径が100μmを超えると、抵抗体組成物の電気比抵抗の過度の増大を招く場合がある。なお、該平均粒径は、望ましくは10〜30μmの範囲で調整するのがよい。 The average particle diameter of the Ti metal phase and / or titanium suboxide particles is preferably adjusted in the range of 5 to 100 μm. When the average particle size is less than 5 μm, the oxidation reaction of the Ti-based metal phase and / or titanium suboxide particles is likely to proceed during the production of resistors, and the effect of suppressing the increase in resistance value at high temperatures is insufficient. There is a case. On the other hand, if the average particle size exceeds 100 μm, the electrical resistivity of the resistor composition may be excessively increased. The average particle size is desirably adjusted in the range of 10 to 30 μm.
本発明において、亜酸化チタン粒子は、TiO(結晶系:立方晶系)、Ti2 O3(結晶系:六方晶系)及びTi3 O5(結晶系:単斜晶系)の少なくともいずれかを主体に構成することができる。このうちTi3
O5は、湿度や雰囲気等に対して安定であるので本発明に特に好適に使用できる。なお、ここに例示した各種亜酸化チタンの組成式は全て化学量論比にて表しているが、酸素欠損のため非化学量論組成となることもある。
In the present invention, the titanium suboxide particles are mainly composed of at least one of TiO (crystal system: cubic system), Ti2O3 (crystal system: hexagonal system), and Ti3O5 (crystal system: monoclinic system). can do. Of these, Ti3
O5 is particularly suitable for the present invention because it is stable against humidity, atmosphere, and the like. The compositional formulas of the various titanium suboxides exemplified here are all expressed in stoichiometric ratios, but may have a non-stoichiometric composition due to oxygen deficiency.
なお、亜酸化チタン以外のセラミック粒子は、例えばZrO2、ZrSiO4、Al2O3、MgO、Al−Mgスピネル及びムライトの1種又は2種以上を主体とするものとして構成できる。 The ceramic particles other than titanium suboxide can be composed mainly of one or more of ZrO2, ZrSiO4, Al2O3, MgO, Al-Mg spinel and mullite.
上記抵抗体組成物は、2〜60重量%のガラスと、2〜65重量%のセラミック粒子(亜酸化チタン粒子を含む)と、0.1〜7重量%の炭素成分とを含有するものとして構成できる。このような抵抗体組成物は、2〜60重量%のガラス粒子と、2〜65重量%のセラミック粒子(亜酸化チタン粒子を含む)と、0.1〜5重量%の非金属導電材料(例えばカーボンブラック)と、0.1〜5重量%の有機バインダ(例えばPVA等)と、必要に応じて適量の金属粉末(金属相となる)とを混合して原料粉末となし、これを成形・加熱することにより得ることができる。 The resistor composition contains 2 to 60% by weight of glass, 2 to 65% by weight of ceramic particles (including titanium suboxide particles), and 0.1 to 7% by weight of a carbon component. Can be configured. Such a resistor composition includes 2 to 60% by weight of glass particles, 2 to 65% by weight of ceramic particles (including titanium suboxide particles), and 0.1 to 5% by weight of non-metallic conductive material ( For example, carbon black), 0.1 to 5% by weight of an organic binder (for example, PVA) and an appropriate amount of metal powder (which becomes a metal phase) are mixed to form a raw material powder, which is molded. -It can be obtained by heating.
また、該抵抗体組成物の原料粉末の配合比率は、具体的には次のようにするのがよい。
微粒ガラス:0.5〜20重量%;
粗粒ガラス:50〜90重量%;
Ti金属粒子及び/又は亜酸化チタン粒子:0.5〜10重量%;
補助セラミック粒子:0.1〜6重量%;
非金属導電材料粒子を0.5〜7.0重量%。
Further, the mixing ratio of the raw material powder of the resistor composition is preferably as follows.
Fine glass: 0.5 to 20% by weight;
Coarse glass: 50-90% by weight;
Ti metal particles and / or titanium suboxide particles: 0.5 to 10% by weight;
Auxiliary ceramic particles: 0.1 to 6% by weight;
0.5 to 7.0% by weight of non-metallic conductive material particles.
また、組織の観点からみた場合は、前述のブロックガラス粒子を50〜90体積%と、同じく導電路形成部を10〜50体積%とを含んでいるのがよい。なお、導電路形成部に含まれる導電性材料粒子は、Al、Mg、Ti、Zr及びZnの1種又は2種以上を主体とする金属相粒子と、非金属導電性材料粒子とを含有するものとすることができる。 Moreover, when it sees from a viewpoint of a structure | tissue, it is good to contain 50-90 volume% of the above-mentioned block glass particle, and 10-50 volume% of a conductive path formation part similarly. The conductive material particles contained in the conductive path forming portion contain metal phase particles mainly composed of one or more of Al, Mg, Ti, Zr and Zn, and non-metallic conductive material particles. Can be.
また、Ti系金属相ないし亜酸化チタン粒子の導電路形成部に占める体積比率は、5〜50体積%、望ましくは20〜40体積%の範囲で調整するのがよい。該体積比率が5体積%未満になると、抵抗体の負荷寿命特性が不十分となる。また、50体積%を超えるとノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。 Further, the volume ratio of the Ti-based metal phase or titanium suboxide particles in the conductive path forming portion is preferably adjusted in the range of 5 to 50% by volume, desirably 20 to 40% by volume. When the volume ratio is less than 5% by volume, the load life characteristic of the resistor becomes insufficient. Moreover, when it exceeds 50 volume%, noise prevention performance will deteriorate easily at high temperature.
また、この場合も非金属導電材料粒子としては、無定形カーボン(カーボンブラック)の他、グラファイト、SiC、TiC、WC及びZrC等が使用できる。抵抗体組成物中の炭素の含有量は、前述の通り0.5〜7.0重量%の範囲で調整するのがよい。炭素の含有量が0.5重量%未満になると、スパークプラグの負荷寿命特性が損なわれる場合がある。また、炭素の含有量が7.0重量%を超えると、電波ノイズ防止効果が不十分となる場合がある。炭素含有量は、より望ましくは2.0〜5.0重量%の範囲で調整するのがよい。 Also in this case, as the nonmetallic conductive material particles, amorphous carbon (carbon black), graphite, SiC, TiC, WC, ZrC, and the like can be used. The carbon content in the resistor composition is preferably adjusted in the range of 0.5 to 7.0% by weight as described above. When the carbon content is less than 0.5% by weight, the load life characteristics of the spark plug may be impaired. On the other hand, if the carbon content exceeds 7.0% by weight, the effect of preventing radio noise may be insufficient. The carbon content is more desirably adjusted in the range of 2.0 to 5.0% by weight.
次に、本発明の抵抗体入りスパークプラグの第二の構成は、抵抗体組成物が、非金属導電材料として、TiC粒子及びTiN粒子の少なくとも一方を含有することを特徴とする。 Next, a second configuration of the resistor-containing spark plug of the present invention is characterized in that the resistor composition contains at least one of TiC particles and TiN particles as a nonmetallic conductive material.
スパークプラグの抵抗体は、高電圧・高温といった厳しい条件下に晒されることにより、使用時間の経過とともに酸化が進行する。ここで、非金属導電材料としては、従来より前述のカーボンブラックが使用されることが多いが、カーボンブラックは酸化されるとCOやCO2に変化して消失するので、酸化の進行に伴い抵抗値が急上昇する場合がある。しかしながら、このカーボンブラックに代えて、又はカーボンブラックとともに上記TiC粒子もしくはTiN粒子の少なくとも一方を用いることで、次のような利点が生ずる。すなわち、TiCやTiNは酸化されても消失せず、しかも半導体性のTiO2(あるいは亜酸化チタン)となるので、抵抗値の急な上昇が抑制できる。また、TiCやTiNの粒径は、一般には数μmと大きく(カーボンブラック粒子の10〜100倍)、完全に酸化されるまでに長時間がかかる。従って、抵抗体の径時変化が少ない耐久性に優れたスパークプラグが得られる。 When the spark plug resistor is exposed to severe conditions such as high voltage and high temperature, oxidation proceeds with the passage of time of use. Here, as the non-metallic conductive material, the above-mentioned carbon black is often used conventionally, but when the carbon black is oxidized, it changes to CO or CO2 and disappears. May soar. However, by using at least one of the TiC particles or TiN particles in place of the carbon black or together with the carbon black, the following advantages are produced. That is, TiC and TiN do not disappear even when oxidized, and become semiconductive TiO2 (or titanium suboxide), so that a rapid increase in resistance can be suppressed. The particle size of TiC or TiN is generally as large as several μm (10 to 100 times that of carbon black particles), and it takes a long time to be completely oxidized. Therefore, a spark plug excellent in durability with little change in the diameter of the resistor can be obtained.
この場合、抵抗体組成物中の、TiC粒子及び/又はTiN粒子の合計含有量は1〜10重量%の範囲で設定するのがよい。該合計含有量が1重量%未満であると、導電性材料の絶対量が不足して初期抵抗値の上昇を招く場合がある。また、導電経路が細くなるので単位面積あたりの負荷が高くなり、耐久性が悪化する場合がある。他方、上記合計含有量が10重量%を超えると、初期抵抗値が低くなり過ぎ、所期の電波ノイズ防止性能が得られない場合がある。 In this case, the total content of TiC particles and / or TiN particles in the resistor composition is preferably set in the range of 1 to 10% by weight. If the total content is less than 1% by weight, the absolute amount of the conductive material may be insufficient and the initial resistance value may be increased. In addition, since the conductive path becomes thin, the load per unit area increases, and the durability may deteriorate. On the other hand, if the total content exceeds 10% by weight, the initial resistance value becomes too low, and the desired radio noise prevention performance may not be obtained.
また、抵抗体組成物中のTiC粒子及び/又はTiN粒子は、断面組織を観察したときに得られる粒子像の平均粒径が5μm以下とすることで、抵抗体単位体積当りのTiC粒子及び/又はTiN粒子の比表面積を十分に確保できるので抵抗値の経時変化が少なくなり、抵抗体の耐久性を向上させることができる。また、抵抗体の抵抗値を所期の狙い値に調整することが容易になる。 Further, the TiC particles and / or TiN particles in the resistor composition have an average particle size of 5 μm or less when the cross-sectional structure is observed, so that TiC particles per resistor unit volume and / or Or since the specific surface area of TiN particle | grains can fully be ensured, the time-dependent change of resistance value decreases, and durability of a resistor can be improved. Further, it becomes easy to adjust the resistance value of the resistor to a desired target value.
さらに、TiC粒子及び/又はTiN粒子中の酸素含有量は、3.0重量%以下とするのがよい。換言すれば、抵抗体組成物の出発原料となるTiC粒子及び/又はTiN粒子は、酸素含有量が3.0重量%以下のものを用いるのがよい。酸素含有量が3.0重量%を超えると、粒子表層部の酸素濃度が増大し、粒子間の接触抵抗が高くなって抵抗体の耐久性が悪化する場合がある。 Furthermore, the oxygen content in the TiC particles and / or TiN particles is preferably 3.0% by weight or less. In other words, TiC particles and / or TiN particles used as starting materials for the resistor composition may be those having an oxygen content of 3.0% by weight or less. If the oxygen content exceeds 3.0% by weight, the oxygen concentration in the surface layer of the particles increases, the contact resistance between the particles increases, and the durability of the resistor may deteriorate.
上記抵抗体組成物は、20〜80重量%のガラスと、2〜60重量%のセラミック粒子とを含有するものとして構成できる。このような抵抗体組成物は、1〜10重量%のTiC粒子及び/又はTiN粒子と、20〜80重量%のガラス粉末と、2〜60重量%のセラミック粉末と、0.5〜5重量%の有機バインダ(例えばPVA等)と、必要に応じて適量の金属粉末(金属相となる)あるいはTiC粒子及び/又はTiN粒子以外の非金属導電材料(例えばカーボンブラック)とを混合して原料粉末となし、これを加熱・成形することにより得ることができる。 The resistor composition can be configured to contain 20 to 80% by weight of glass and 2 to 60% by weight of ceramic particles. Such a resistor composition comprises 1 to 10 wt% TiC particles and / or TiN particles, 20 to 80 wt% glass powder, 2 to 60 wt% ceramic powder, and 0.5 to 5 wt%. % Organic binder (such as PVA) and a suitable amount of metal powder (which becomes a metal phase) or non-metallic conductive material other than TiC particles and / or TiN particles (such as carbon black) as necessary. It can be obtained by heating and molding the powder.
この場合、該抵抗体組成物の原料粉末の配合比率は、具体的には次のようにするのがよい。
微粒ガラス:0.5〜20重量%;
粗粒ガラス:50〜90重量%;
セラミック粒子:2〜60重量%;
非金属導電材料粒子(TiC粒子及び/又はTiN粒子含む):1〜10.0重量%。
In this case, the mixing ratio of the raw material powder of the resistor composition is preferably as follows.
Fine glass: 0.5 to 20% by weight;
Coarse glass: 50-90% by weight;
Ceramic particles: 2 to 60% by weight;
Non-metallic conductive material particles (including TiC particles and / or TiN particles): 1 to 10.0% by weight.
また、組織の観点からみた場合は、前述のブロックガラス粒子を50〜90体積%と、同じく導電路形成部を10〜50体積%とを含んでいるのがよい。なお、導電路形成部に含まれる導電性材料は、例えばAl、Mg、Ti、Zr及びZnの1種又は2種以上を主体とする金属相と、上記非金属導電性材料とを含有するものとすることができる。 Moreover, when it sees from a viewpoint of a structure | tissue, it is good to contain 50-90 volume% of the above-mentioned block glass particle, and 10-50 volume% of a conductive path formation part similarly. The conductive material included in the conductive path forming portion contains, for example, a metal phase mainly composed of one or more of Al, Mg, Ti, Zr and Zn, and the non-metallic conductive material. It can be.
また、TiC粒子及び/又はTiN粒子の導電路形成部に占める体積比率は、5〜50体積%、望ましくは20〜40体積%の範囲で調整するのがよい。該体積比率が5体積%未満になると、抵抗体の負荷寿命特性が不十分となる。また、50体積%を超えるとノイズ防止性能が高温劣化しやすくなる。 Further, the volume ratio of the TiC particles and / or TiN particles in the conductive path forming portion is adjusted in the range of 5 to 50% by volume, desirably 20 to 40% by volume. When the volume ratio is less than 5% by volume, the load life characteristic of the resistor becomes insufficient. Moreover, when it exceeds 50 volume%, noise prevention performance will deteriorate easily at high temperature.
なお、TiC粒子及び/又はTiN粒子以外に、例えばカーボンブラックやグラファイト等の炭素系導電材料を配合する場合、抵抗体組成物中の炭素成分のうちTiC粒子に含有されるものを除いた含有量が7.0重量%以下となっているのがよい。この含有量が7.0重量%を超えると、電波ノイズ防止効果が不十分となる場合がある。 In addition to TiC particles and / or TiN particles, for example, when a carbon-based conductive material such as carbon black or graphite is blended, the content excluding those contained in the TiC particles among the carbon components in the resistor composition Is preferably 7.0% by weight or less. If this content exceeds 7.0% by weight, the effect of preventing radio noise may be insufficient.
次に、本発明のスパークプラグの第三の構成と、その製造方法とは、抵抗体を構成する抵抗体組成物が、主にガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、平均粒径が20nm〜80nmのカーボンブラック粒子とからなる原料粉末を用いて製造されることを特徴とする。 Next, the third configuration of the spark plug of the present invention and the manufacturing method thereof are as follows: the resistor composition constituting the resistor is mainly glass particles, ceramic particles other than glass, and an average particle size of 20 nm. It is produced using raw material powder composed of carbon black particles of ˜80 nm.
カーボンブラックは、抵抗体中の他の原料粉末(ガラス、セラミック)粒子の間に介在するとともに、カーボンブラックの一次粒子が1次元的に連接して連鎖構造(ストラクチャー)を形成し、さらにそのストラクチャーが二次元的に結合して、抵抗体の導電ネットワークを形成する。 Carbon black is interposed between other raw material powder (glass, ceramic) particles in the resistor, and primary particles of carbon black are linked one-dimensionally to form a chain structure (structure). Are two-dimensionally coupled to form a conductive network of resistors.
ここで、カーボンブラックは、抵抗体の原料粉末を水系溶媒を用いた湿式混合により調製する場合、比重が大きい水との濡れ性が低い等の要因により分散性が悪く、特に粒径が小さい場合やストラクチャーが長い場合には、その均一な分布が困難になる。その結果、カーボンブラックが抵抗体組成物中に偏在し、この抵抗体組成物を使用してガラスシールを行うと、得られる抵抗体の抵抗値がばらつくとともに、導電経路が局所的になることによって電流密度が集中し、スパークプラグの負荷寿命特性が不安定になる問題がある。他方、カーボンブラックの粒径が大きくなり過ぎた場合や、ストラクチャーが短い場合には導電性が低下するため、カーボンブラックの配合量を増加する必要がある。しかしながら、カーボンブラックは、ガラスやセラミックなどの他の原料粉末と比べればはるかに粒径が小さいため、配合量が増大し過ぎると原料粉末の嵩密度が増大し、粉末粒の橋かけ等も生じやすくなるので圧縮性が損なわれることとなる。その結果、得られる抵抗体の密度が上がらず空隙等の欠陥量も増大して、スパークプラグの負荷寿命特性が不安定になる問題がある。 Here, when the raw material powder of the resistor is prepared by wet mixing using an aqueous solvent, the carbon black has poor dispersibility due to factors such as low wettability with water having a large specific gravity, especially when the particle size is small. If the structure is long, its uniform distribution becomes difficult. As a result, carbon black is unevenly distributed in the resistor composition. When glass sealing is performed using this resistor composition, the resistance value of the obtained resistor varies and the conductive path becomes local. There is a problem that the current density is concentrated and the load life characteristics of the spark plug become unstable. On the other hand, when the particle size of the carbon black becomes too large, or when the structure is short, the conductivity decreases, so the amount of carbon black needs to be increased. However, carbon black has a much smaller particle size than other raw material powders such as glass and ceramics. Therefore, if the amount is too large, the bulk density of the raw material powder increases, and bridging of the powder particles occurs. Since it becomes easy, compressibility will be impaired. As a result, there is a problem that the density of the obtained resistor does not increase, the amount of defects such as voids increases, and the load life characteristics of the spark plug become unstable.
本発明者らは、この観点に鑑みて鋭意検討した結果、使用するカーボンブラックの平均粒径を20nm〜80nmとすることで、得られる抵抗体の抵抗値のばらつきが少なく、またこれを用いたスパークプラグの負荷寿命特性の安定化を図ることができることを見い出したのである。 As a result of intensive studies in view of this viewpoint, the present inventors have found that the average particle size of the carbon black to be used is 20 nm to 80 nm, so that there is little variation in the resistance value of the obtained resistor, and this is used. It was found that the load life characteristics of the spark plug can be stabilized.
カーボンブラックの平均粒径を20〜80nmに限定したのは次のような理由による。まず、平均粒径を20nm以上とすることで、カーボンブラックの抵抗体組成物中への分布を均一化することができ、抵抗体の抵抗値のばらつきが抑制されるとともに、電流経路が分散するので電流密度の集中が起き難くくなる。他方、平均粒径を80nm以下とすることで、カーボンブラックの配合量を少なくしても良好な導電性を得ることができる。その結果、ガラス粉末やセラミック粉末など、他の原料粉末と比較すれば微細なカーボンブラックの使用量を削減でき、抵抗体組成物の原料粉末の嵩密度を高めることができるので、最終的に得られる抵抗体の密度が向上し、ひいては欠陥が少なく負荷寿命の安定した抵抗体を得ることができる。なお、カーボンブラックの平均粒径は、望ましくは30〜50nmとするのがよい。 The reason why the average particle size of carbon black is limited to 20 to 80 nm is as follows. First, by setting the average particle size to 20 nm or more, the distribution of carbon black in the resistor composition can be made uniform, variation in resistance value of the resistor is suppressed, and current paths are dispersed. Therefore, current density concentration is less likely to occur. On the other hand, when the average particle size is 80 nm or less, good conductivity can be obtained even if the blending amount of carbon black is reduced. As a result, the amount of fine carbon black used can be reduced compared to other raw material powders such as glass powder and ceramic powder, and the bulk density of the raw material powder of the resistor composition can be increased. The density of the resistor to be obtained is improved, and as a result, a resistor having few defects and a stable load life can be obtained. The average particle size of carbon black is desirably 30 to 50 nm.
この場合、カーボンブラック粉末は、日本工業規格K6221、6.1.2のA法に規定された、100gのカーボンブラックが吸収するDBP(ジブチルフタレート)の量が60〜120mlのものを使用するのがよい。このDBPの吸収量は、カーボンブラック粉末中のストラクチャー長さが大きくなるほど大きくなるので、これを該ストラクチャー長さを反映した指標として用いることができる(以下、本明細書では、このように測定したDBPの吸収量のことを「ストラクチャー長さ」という)。 In this case, carbon black powder having a DBP (dibutyl phthalate) amount of 60 to 120 ml absorbed by 100 g of carbon black as defined in Japanese Industrial Standard K6221, Method A of 6.1.2 is used. Is good. Since the DBP absorption amount increases as the structure length in the carbon black powder increases, it can be used as an index reflecting the structure length (hereinafter, measured in this specification). The absorption amount of DBP is referred to as “structure length”).
そして、カーボンブラックのストラクチャーの長さを120ml/100g以下とすることで、該ストラクチャーを抵抗体中に均一に分布させることができ、電流経路が分散して電流密度の集中が起き難くなる。他方、ストラクチャー長さを60ml/100g以下とすることで、少ないカーボンブラックの配合量で良好な導電性が得られるようになり、カーボンブラックの使用量が削減されて抵抗体組成物の原料粉末の嵩密度が高められる。これにより、最終的に得られる抵抗体の密度が向上し、欠陥が少なく負荷寿命の安定した抵抗体を得ることができる。なお、該ストラクチャー長さは、望ましくは80〜100ml/100gとするのがよい。 When the length of the carbon black structure is 120 ml / 100 g or less, the structure can be uniformly distributed in the resistor, current paths are dispersed, and current density does not easily concentrate. On the other hand, when the structure length is 60 ml / 100 g or less, good conductivity can be obtained with a small amount of carbon black, the amount of carbon black used is reduced, and the raw material powder of the resistor composition is reduced. Bulk density is increased. Thereby, the density of the finally obtained resistor is improved, and a resistor having few defects and a stable load life can be obtained. The length of the structure is desirably 80 to 100 ml / 100 g.
この場合、抵抗体組成物の原料粉末は、20〜90重量%のガラス粉末と、20〜50重量%のセラミック粉末と、5〜30重量%のカーボンブラック粉末と、0.05〜5重量%の有機バインダーとを含有するものを使用するのがよい。ガラス粉末の配合量が20重量%未満になると、良好なシール性を確保することができなくなる場合がある。他方、これが90重量%を超えると負荷寿命特性が不十分となる場合がある。ガラス粉末の配合量は、望ましくは70〜80重量%とするのがよい。一方、セラミック粉末が20重量%未満であったり、カーボンブラック粉末が5重量%未満であると、導電経路が細くなり過ぎて負荷寿命の低下を招く場合がある。また、セラミック粉末が50重量%を超えるか、カーボンブラックが30重量%を超えると、電波ノイズ防止効果が低下する。なお、望ましくは、セラミック粉末は20〜30重量%、カーボンブラックは5〜10重量%とするのがよい。 In this case, the raw material powder of the resistor composition is 20 to 90 wt% glass powder, 20 to 50 wt% ceramic powder, 5 to 30 wt% carbon black powder, and 0.05 to 5 wt%. It is preferable to use an organic binder. If the blending amount of the glass powder is less than 20% by weight, it may not be possible to ensure good sealing properties. On the other hand, if this exceeds 90% by weight, the load life characteristics may be insufficient. The blending amount of the glass powder is desirably 70 to 80% by weight. On the other hand, if the ceramic powder is less than 20% by weight or the carbon black powder is less than 5% by weight, the conductive path may become too thin and the load life may be reduced. On the other hand, if the ceramic powder exceeds 50% by weight or the carbon black exceeds 30% by weight, the effect of preventing radio noise is reduced. Desirably, the ceramic powder is 20 to 30% by weight, and the carbon black is 5 to 10% by weight.
なお、上記本発明の各抵抗体組成物においては、20℃における電気比抵抗の値は50〜2000Ω・cmの範囲で調整するのがよい。該電気比抵抗の値が50Ω・cm未満になると、ノイズ防止性能が不十分となる場合がある。また、2000Ω・cmを超えると負荷寿命特性が不十分となる場合がある。該電気比抵抗の値は、より望ましくは100〜1200Ω・cmの範囲で調整するのがよい。 In each resistor composition of the present invention, the value of electrical specific resistance at 20 ° C. is preferably adjusted in the range of 50 to 2000 Ω · cm. When the value of the electrical specific resistance is less than 50 Ω · cm, noise prevention performance may be insufficient. Moreover, when it exceeds 2000 Ω · cm, the load life characteristics may be insufficient. The value of the electrical specific resistance is more preferably adjusted in the range of 100 to 1200 Ω · cm.
なお、本発明の抵抗体入りスパークプラグの第四の構成は、抵抗体組成物が、セラミック粒子として、断面組織を観察したときに得られる粒子像の平均粒径が0.5〜20μmのTiO2粒子を0.5〜20重量%の範囲で含有する抵抗体組成物で主に構成されるとともに、該抵抗体組成物中のTiO2粒子の少なくとも一部がルチル型結晶構造を有することを特徴とする。 The fourth structure of the resistor-containing spark plug of the present invention is that the resistor composition is TiO2 having an average particle diameter of 0.5 to 20 [mu] m when the cross-sectional structure is observed as ceramic particles. It is mainly composed of a resistor composition containing particles in a range of 0.5 to 20% by weight, and at least a part of TiO2 particles in the resistor composition has a rutile-type crystal structure. To do.
さらに、本発明の抵抗体入りスパークプラグの第五の構成は、抵抗体組成物が、セラミック粒子として、半導体性のチタン酸金属塩系複合酸化物及び半導体性のジルコン酸金属塩系複合酸化物の少なくともいずれか(特定複合酸化物)を0.5〜20重量%の範囲で含有することを特徴とする。 Further, the fifth configuration of the resistor-containing spark plug according to the present invention is that the resistor composition is a ceramic particle having a semiconducting metal titanate-based complex oxide and a semiconducting zirconate-metal salt based complex oxide. It is characterized by containing at least one of (specific composite oxide) in the range of 0.5 to 20% by weight.
また、第六の構成は、抵抗体組成物が、導電性材料としてのTiを主体とする金属相(以下、Ti系金属相という)と、セラミック粒子として組成式TinO2n−1で表示される亜酸化チタン粒子との少なくともいずれかを含有する抵抗体組成物からなることを特徴とする。 Further, the sixth configuration is such that the resistor composition has a metal phase mainly composed of Ti as a conductive material (hereinafter referred to as Ti-based metal phase) and ceramic particles represented by the composition formula TinO2n-1. It consists of a resistor composition containing at least one of titanium oxide particles.
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。
図1及び図2に示す本発明の一例たるスパークプラグ100は、筒状の主体金具1、先端部21が突出するようにその主体金具1の内側に嵌め込まれた絶縁体2、先端に形成された発火部31を突出させた状態で絶縁体2の内側に設けられた中心電極3、及び主体金具1に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極3の先端部と対向するように配置された接地電極4等を備えている。また、接地電極4には上記発火部31に対向する発火部32が形成されており、それら発火部31と、対向する発火部32との間の隙間が火花放電ギャップgとされている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A
主体金具1は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ100のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ100を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部7が形成されている。なお、1eは、主体金具1をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の軸断面形状を有している。なお、ねじ部7の外径は、10〜18mm(例えば10mm、12mm、14mm、18mm)である。
The
絶縁体2は、内部に自身の軸方向に沿って中心電極3を嵌め込むための貫通孔6を有するとともに、例えばアルミナを主体とし、かつAl成分を、Al2O3に換算した重量にて85〜98重量%(望ましくは90〜98重量%)含有するアルミナ系セラミック焼結体として構成される。
The
次に、絶縁体2の軸方向には貫通孔6が形成されており、その一方の端部側から端子金具13が挿入・固定され、同じく他方の端部側から中心電極3が挿入・固定されている。端子金具13は低炭素鋼等で構成され、表面には防食のためのNiメッキ層(層厚、例えば5μm)が形成されている。そして、該端子金具13は、シール部13cと、絶縁体2の後端縁より突出する端子部13aと、端子部13aとシール部13cとを接続する棒状部13bとを有する。なお、シール部13cはその外周面をねじ状又はローレット状に加工され、導電性ガラスシール層17によって貫通孔6の内面との間をシールされる。
Next, a through
また、該貫通孔6内において端子金具13と中心電極2との間に抵抗体15が配置されている。この抵抗体15の両端部は、導電性ガラスシール層16,17を介して中心電極3と端子金具13とにそれぞれ電気的に接続されている。抵抗体15は、既に詳細に説明した本発明の抵抗体組成物により構成されている。また、導電性ガラスシール層16,17は、Cu、Sn、Fe等の金属成分の1種又は2種以上を主体とする金属粉末を混合したガラスにより構成される。なお、該導電性ガラスシール層には、必要に応じてTiO2等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合することができる。
A
図1に示すように、絶縁体2の軸方向中間には、周方向外向きに突出する突出部2eが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁体2には、中心電極3(図1)の先端に向かう側を前方側として、該突出部2eよりも後方側がこれよりも細径に形成された本体部2bとされている。一方、突出部2eの前方側にはこれよりも細径の第一軸部2gと、その第一軸部2gよりもさらに細径の第二軸部2iがこの順序で形成されている。なお、本体部2bの外周面後端部にはコルゲーション部2cが形成されている。また、第一軸部2gの外周面は略円筒状とされ、第二軸部2iの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
As shown in FIG. 1, a protruding portion 2 e that protrudes outward in the circumferential direction is formed, for example, in a flange shape in the middle of the
他方、中心電極3の軸断面径は抵抗体15の軸断面径よりも小さく設定されている。そして、絶縁体2の貫通孔6は、中心電極3を挿通させる略円筒状の第一部分6aと、その第一部分6aの後方側(図面上方側)においてこれよりも大径に形成される略円筒状の第二部分6bとを有する。図1に示すように、端子金具13と抵抗体15とは第二部分6b内に収容され、中心電極3は第一部分6a内に挿通される。中心電極3の後端部には、その外周面から外向きに突出して電極固定用凸部3aが形成されている。そして、上記貫通孔6の第一部分6aと第二部分6bとは、第一軸部2g内において互いに接続しており、その接続位置には、中心電極3の電極固定用凸部3aを受けるための凸部受け面6cがテーパ面あるいはアール面状に形成されている。
On the other hand, the axial sectional diameter of the
また、第一軸部2gと第二軸部2iとの接続部2hの外周面は段付面とされ、これが主体金具1の内面に形成された主体金具側係合部としての凸状部1cと、リング状の板パッキン63を介して係合することにより、軸方向の抜止めがなされている。他方、主体金具1の後方側開口部内面と、絶縁体2の外面との間には、フランジ状の突出部2eの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン62が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層61を介してリング状のパッキン60が配置されている。そして、絶縁体2を主体金具1に向けて前方側に押し込み、その状態で主体金具1の開口縁をパッキン60に向けて内側に加締めることにより加締め部1dが形成され、主体金具1が絶縁体2に対して固定されている。
Further, the outer peripheral surface of the connecting
図5A及び図5Bは絶縁体2のいくつかの例を示すものである。その各部の寸法を以下に例示する。
・全長L1:30〜75mm。
・第一軸部2gの長さL2:0〜30mm(ただし、係止用突出部2eとの接続部2fを含まず、第二軸部2iとの接続部2hを含む)。
・第二軸部2iの長さL3:2〜27mm。
・本体部2bの外径D1:9〜13mm。
・係止用突出部2eの外径D2:11〜16mm。
・第一軸部2gの外径D3:5〜11mm。
・第二軸部2iの基端部外径D4:3〜8mm。
・第二軸部2iの先端部外径D5(ただし、先端面外周縁にアールないし面取が施される場合は、中心軸線Oを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における外径を指す):2.5〜7mm。
・貫通孔6の第二部分6bの内径D6:2〜5mm。
・貫通孔6の第一部分6aの内径D7:1〜3.5mm。
・第一軸部2gの肉厚t1:0.5〜4.5mm。
・第二軸部2iの基端部肉厚t2(中心軸線Oと直交する向きにおける値):0.3〜3.5mm。
・第二軸部2iの先端部肉厚t3((中心軸線Oと直交する向きにおける値;ただし、先端面外周縁にアールないし面取りが施される場合は、中心軸線Oを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における肉厚を指す):0.2〜3mm。
・第二軸部2iの平均肉厚tA(=(t1+t2)/2):0.25〜3.25mm。
5A and 5B show some examples of the
-Total length L1: 30-75 mm.
The length L2 of the
-Length L3 of the second shaft portion 2i: 2 to 27 mm.
-Outer diameter D1 of the
The outer diameter D2 of the locking projection 2e is 11 to 16 mm.
-Outer diameter D3 of the
-The base end outer diameter D4 of the second shaft portion 2i: 3 to 8 mm.
The distal end outer diameter D5 of the second shaft portion 2i (however, when the outer peripheral edge of the distal end surface is rounded or chamfered, the base end position of the rounded portion or chamfered portion in the cross section including the central axis O) The outer diameter is indicated by 2.5 to 7 mm.
-Inner diameter D6 of the
The inner diameter D7 of the first portion 6a of the through
-Thickness t1 of the
-Base end portion thickness t2 of second shaft portion 2i (value in a direction orthogonal to central axis O): 0.3 to 3.5 mm.
The thickness t3 of the tip end of the second shaft 2i ((value in a direction orthogonal to the center axis O; however, when the outer peripheral edge of the tip face is rounded or chamfered, in the cross section including the center axis O, The thickness at the base end position of the rounded portion or the chamfered portion is indicated): 0.2 to 3 mm.
-Average wall thickness tA (= (t1 + t2) / 2) of the second shaft portion 2i: 0.25 to 3.25 mm.
なお、図5Aに示す絶縁体2における上記各部寸法は、例えば以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1=約11mm、D2=約13mm、D3=約7.3mm、D4=5.3mm、D5=4.3mm、D6=3.9mm、D7=2.6mm、t1=3.3mm、t2=1.4mm、t3=0.9mm、tA=1.2mm。 5A is, for example, as follows: L1 = about 60 mm, L2 = about 10 mm, L3 = about 14 mm, D1 = about 11 mm, D2 = about 13 mm, D3 = about 7.3 mm, D4 = 5.3 mm, D5 = 4.3 mm, D6 = 3.9 mm, D7 = 2.6 mm, t1 = 3.3 mm, t2 = 1.4 mm, t3 = 0.9 mm, tA = 1. 2 mm.
また、図5Bに示す絶縁体2は、第一軸部2g及び第二軸部2iがそれぞれ、図5Aに示すものと比較してやや大きい外径を有している。各部の寸法は、例えば以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1=約11mm、D2=約13mm、D3=約9.2mm、D4=6.9mm、D5=5.1mm、D6=3.9mm、D7=2.7mm、t1=3.3mm、t2=2.1mm、t3=1.2mm、tA=1.7mm。
In addition, in the
次に、図2及び図3に示すように、中心電極3及び接地電極4の各本体部3a及び4aはNi合金等で構成されている。また、中心電極3の本体部3aの内部には、放熱促進のためにCuあるいはCu合金等で構成された芯材3bが埋設されている。一方、上記発火部31及び対向する発火部32は、Ir、Pt及びRhの1種又は2種以上を主成分とする貴金属合金を主体に構成される。図3に示すように、中心電極3の本体部3aは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに上記発火部を構成する合金組成からなる円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Wを形成してこれを固着することにより発火部31が形成される。また、対向する発火部32は、発火部31に対応する位置において接地電極4にチップを位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部Wを形成してこれを固着することにより形成される。なお、これらチップは、例えば所定の組成となるように各合金成分を配合・溶解することにより得られる溶解材、又は合金粉末あるいは所定比率で配合された金属単体成分粉末を成形・焼結することにより得られる焼結材により構成することができる。なお、発火部31及び対向する発火部32は少なくとも一方を省略する構成としてもよい。
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the main body portions 3a and 4a of the
上記スパークプラグ100は、例えば下記のような方法で製造される。まず、所定の原料粉末の成形体を焼成することにより絶縁体2を製造する。そして、その絶縁体2の所定の表面領域に釉薬スラリーを塗布して釉薬スラリー塗布層2d’(図6)を形成し、これを乾燥する。
The
次に、この釉薬スラリー塗布層2d’を形成した絶縁体2への、中心電極3と端子金具13との組付け、及び抵抗体15と導電性ガラスシール層16,17との形成工程の概略は以下の通りである。まず、図6(a)に示すように、絶縁体2の貫通孔6に対し、その第一部分6aに中心電極3を挿入した後、(b)に示すように導電性ガラス粉末Hを充填する。そして、(c)に示すように、貫通孔6内に押さえ棒28を挿入して、充填した粉末Hを予備圧縮し、第一の導電性ガラス粉末層26を形成する。次いで抵抗体組成物の原料粉末を充填して同様に予備圧縮し、さらに導電性ガラス粉末を充填して予備圧縮を行うことにより、(d)に示すように、貫通孔6内には、中心電極3側(下側)から見て第一の導電性ガラス粉末層26、抵抗体組成物粉末層25及び第二の導電性ガラス粉末層27が積層された状態となる。
Next, an outline of the process of assembling the
そして、図7(a)に示すように、貫通孔6に端子金具13を上方から配置した組立体PAを形成する。そして、この状態で炉内に挿入してガラス軟化点以上である800〜950℃の所定温度に加熱し、その後、端子金具13を貫通孔6内へ中心電極3と反対側から軸方向に圧入して積層状態の各層25〜27を軸方向にプレスする。これにより、同図(b)に示すように、各層は圧縮・焼結されてそれぞれ導電性ガラスシール層16、抵抗体15及び導電性ガラスシール層17となる(以上、ガラスシール工程)。
Then, as shown in FIG. 7A, an assembly PA in which the terminal fitting 13 is disposed in the through
こうしてガラスシール工程が完了した組立体PAには、主体金具1や接地電極4等が組み付けられて、図1に示すスパークプラグ100が完成する。スパークプラグ100は、そのねじ部7においてガスケット101を介してエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
The
以下、本発明の効果を下記実施例によりさらに詳しく説明する。
(実施例1)
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、TiO2粉末、TiO2以外の各種セラミック粉末(平均粒径1〜4μm)、金属相形成用の各種金属粉末(平均粒径20〜50μm)、非金属導電材料粉末としてのカーボンブラック、及び有機バインダとしてのデキストリンを所定量配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥して準備素材を調整した。次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地を作り、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た。
Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
(Example 1)
Fine glass powder (average particle size 80 μm),
なお、ガラス粉末の材質は、SiO2を50重量%、B2O3を29重量%、Li2Oを4重量%、及びBaOを17重量%配合・溶解して得られるホウケイ酸リチウムガラスであり、その軟化温度は585℃であった。また、TiO2は、平均粒径0.4μm、粒径の標準偏差をσとして、該平均粒径を中心とする3σ範囲が0.05〜0.5μmの粒径分布を有するもの(以下、Aタイプという)と、平均粒径4μm、粒径の標準偏差をσとして、該平均粒径を中心とする3σ範囲が2〜8μmの粒径分布を有するもの(以下、Bタイプという)とを適宜の比率で混合して用いた。なお、X線回折により、前者AタイプのTiO2は全体の90重量%以上がアナターゼ型となっており、後者BタイプのTiO2は全体の90重量%以上がルチル型となっていることがわかった。 The material of the glass powder is lithium borosilicate glass obtained by mixing and dissolving 50% by weight of SiO2, 29% by weight of B2O3, 4% by weight of Li2O, and 17% by weight of BaO, and its softening temperature is It was 585 ° C. TiO2 has a particle size distribution with an average particle size of 0.4 μm, a standard deviation of particle size of σ, and a 3σ range centered on the average particle size of 0.05 to 0.5 μm (hereinafter referred to as A). Type) and an average particle size of 4 μm, a standard deviation of particle size as σ, and a 3σ range centering on the average particle size having a particle size distribution of 2 to 8 μm (hereinafter referred to as B type) as appropriate The mixture was used at a ratio of X-ray diffraction revealed that 90% by weight or more of the former A type TiO2 was anatase type, and 90% by weight or more of the latter B type TiO2 was rutile type. .
得られた抵抗体組成物については、X線回折によりルチル型のTiO2とアナターゼ型のTiO2との全TiO2に対する各含有比率を求めた。結果を表1、表3、表5に示している。また、各表において、粗粒ガラス、微粒ガラス、TiO2、TiO2以外のセラミック及び金属相の含有量について、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値を示している。また、抵抗体組成物中の炭素の含有量はガス分析により求めた。さらに、上記AタイプとBタイプの混合TiO2粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分析計を用いて測定した。 About the obtained resistor composition, each content ratio with respect to all the TiO2 of a rutile type TiO2 and an anatase type TiO2 was calculated | required by X-ray diffraction. The results are shown in Table 1, Table 3, and Table 5. Moreover, in each table | surface, the value estimated from the compounding ratio at the time of resistor composition preparation is shown about content of ceramic other than coarse glass, fine glass, TiO2, and TiO2, and a metal phase. The carbon content in the resistor composition was determined by gas analysis. Furthermore, the average particle diameter of the mixed TiO2 powder of the A type and B type was measured using a laser diffraction particle size analyzer.
そして、上記抵抗体組成物から高さ3mm、幅3mm、長さ10mmの試料を切り出し、そのバルクの電気比抵抗の値をホイートストンブリッジ法により測定した。また、抵抗体組成物を所定形状に切り出して焼き締まり判定用試料を作製し、その断面を光学顕微鏡(倍率20倍)により観察した。そして、相当量の気孔が観察され、少量の水を滴下したときに瞬時に吸水するものを焼き締まり不良(×)、気孔がほとんど観察されず、吸水しないものを焼き締まり良(○)として判定した。結果を表2、表4、表6に示す(なお、表2、表4、表6の各結果は、それぞれ表1、表3、表5の抵抗体組成物の組成に対応している)。 And the sample of height 3mm, width 3mm, and length 10mm was cut out from the said resistor composition, and the value of the electrical resistivity of the bulk was measured by the Wheatstone bridge method. Moreover, the resistor composition was cut into a predetermined shape to produce a sample for determination of baking tightening, and the cross section was observed with an optical microscope (magnification 20 times). A considerable amount of pores are observed, and those that absorb water instantly when a small amount of water is dripped are judged to be poorly squeezed (x), and those that hardly have pores observed and do not absorb water are judged to be good squeezed (○). did. The results are shown in Table 2, Table 4, and Table 6 (in addition, each result in Table 2, Table 4, and Table 6 corresponds to the composition of the resistor composition in Table 1, Table 3, and Table 5, respectively). .
次に、図1に示すスパークプラグ100の抵抗体15を上記各抵抗体組成物により、図6及び図7に示す方法にて作製した。なお、図5を援用して示す絶縁体2の各部寸法は以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約18mm、D1=約10mm、D2=約12mm、D3=約9mm、D4=7mm、D5=5mm、D6=4mm、D7=2.5mm、t1=2.5mm、t2=2.0mm、t3=1.2mm、tA=2.25mm。さらに、導電性ガラス粉末としては、Cu粉末とホウケイ酸カルシウムガラス(軟化温度780℃)粉末とを重量比にて1:1に配合したものを用いた。なお、導電性ガラスシール層16の形成のために、上記導電性ガラス粉末を0.2g使用し、また、抵抗体15の形成のために前記原料素地を0.5g使用し、導電性ガラスシール層17の形成のために、上記導電性ガラス粉末を0.3g使用した。
Next, the
それらスパークプラグ100に対し負荷寿命特性を次の方法により測定した。すなわち、スパークプラグを自動車用トランジスタ点火装置に取り付け、放電電圧20kV、放電回数3600回/分の条件で100時間放電させた後の抵抗値変化を測定した。判定条件は、2kΩ以上のプラスの抵抗値変化を起こしたものを不良(×)、そうでなかったものを良(○)とした。
The load life characteristics of these
電波ノイズ特性は、スパークプラグ100の発する妨害波電界強度を、CISPR(国際無線障害特別委員会)規格に定められた測定法により試験周波数5〜1000MHzにて測定し、電界強度がCISPR規格に定められた限界値(以下、CISPR限界値という)より3dB以上小さいものを優(◎)、CISPR限界値以下のものを良(○)、CISPR限界値を超えるものを不良(×)とした。また、温度特性は、端子金具13と中心電極3との間の20℃での抵抗値をα1、同じく150℃(2時間保持)における抵抗値をα2として、γ=(α2−α1)/α1の値により、γが−0.25〜0のものを優(◎)、−0.30〜−0.25のものを良(○)、−0.30未満のものを不良(×)とした。以上の結果を表2、表4及び表6に示す。
The radio wave noise characteristic is that the electric field strength of the interference wave emitted by the
まず、表1及び表2に示すように、抵抗体組成物中のルチル型のTiO2とアナターゼ型のTiO2との含有比率をほぼ一定としたスパークプラグの場合、TiO2の総含有量が0.5〜20重量%の範囲に入っているものは、負荷寿命特性及び温度特性ともに良好であることがわかる。また、γの値も−0.30以上となっている。 First, as shown in Tables 1 and 2, in the case of a spark plug in which the content ratio of rutile TiO2 and anatase TiO2 in the resistor composition is substantially constant, the total content of TiO2 is 0.5. Those within the range of ˜20% by weight are found to have good load life characteristics and temperature characteristics. The value of γ is also −0.30 or more.
次に、表3及び表4に示すように、抵抗体組成物中のTiO2の平均粒径を0.5〜20μmとしたスパークプラグにおいて、電波ノイズ特性及び負荷寿命特性が良好であることがわかる。また、TiO2の総量に占めるルチル型相の含有比率を20重量%以上としたスパークプラグにおいては、良好な温度特性が得られていることがわかる。また、表5及び表6に示すように、抵抗体組成物中の炭素の含有量が0.5〜5重量%の場合に、電波ノイズ特性及び負荷寿命特性がいずれも良好となっていることがわかる。
Next, as shown in Table 3 and Table 4, in the spark plug in which the average particle diameter of TiO2 in the resistor composition is 0.5 to 20 μm, it is understood that the radio wave noise characteristics and the load life characteristics are good. . In addition, it can be seen that in the spark plug in which the content ratio of the rutile-type phase in the total amount of
(実施例2)
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、特定複合酸化物としてのMgTiO3、MgZrO3、CaTiO3、SrTiO3、BaTiO3及びBaZrO3の各粉末(平均粒径0.1〜25μm)、特定複合酸化物以外のセラミック粉末としてのZrO2(平均粒径1〜4μm)、金属相形成用の各種金属粉末(平均粒径20〜50μm)、非金属導電材料粉末としてのカーボンブラック、及び有機バインダとしてのデキストリンを所定量配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥して準備素材を調整した。なお、比較のために、特定複合酸化物の代わりにTiO2(アナターゼ型)を用いた準備素材も作製した。
(Example 2)
Fine glass powder (average particle size 80 μm),
次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地となし、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た。なお、ガラス粉末の材質は実施例1と同じである。得られた抵抗体組成物については、炭素の含有量はガス分析により求めた。結果を表7に示している。また、表7には、粗粒ガラス、微粒ガラス、特定複合酸化物、及び特定複合酸化物以外のセラミックの各含有量を、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値にて示している。 Next, a predetermined amount of coarse glass powder (average particle size 250 μm) was blended into this to form a raw material base, which was hot press molded at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 100 MPa to obtain a resistor composition. The material of the glass powder is the same as in Example 1. About the obtained resistor composition, carbon content was calculated | required by the gas analysis. The results are shown in Table 7. Table 7 shows the contents of coarse glass, fine glass, specific composite oxide, and ceramics other than the specific composite oxide, as values estimated from the blending ratio at the time of preparing the resistor composition. Yes.
そして、上記抵抗体組成物のバルクの電気比抵抗を実施例1と同様に測定した。また、抵抗体15の組成を除いて実施例1と同様のスパークプラグを各種作製し、同様の実験を行った。以上の結果を表8に示す。
The bulk electrical resistivity of the resistor composition was measured in the same manner as in Example 1. Various spark plugs similar to those in Example 1 except for the composition of the
すなわち、抵抗体の特定複合酸化物の総含有量が0.5〜20重量%の範囲に入っているものは、該特定複合酸化物の代わりにTiO2を使用したものと比較して、負荷寿命特性及び温度特性ともに良好であり、また、γの値も−0.30以上となっていることがわかる。さらに、抵抗体組成物中の特定複合酸化物の平均粒径を0.5〜20μmとしたスパークプラグは、電波ノイズ特性及び負荷寿命特性が良好であることがわかる。 That is, when the total content of the specific composite oxide of the resistor is in the range of 0.5 to 20% by weight, the load life is compared with that using TiO2 instead of the specific composite oxide. It can be seen that both the characteristics and the temperature characteristics are good, and the value of γ is −0.30 or more. Furthermore, it can be seen that the spark plug in which the average particle size of the specific composite oxide in the resistor composition is 0.5 to 20 μm has good radio noise characteristics and load life characteristics.
(実施例3)
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、金属Ti粉末又はTi3O5粉末(平均粒径0.5〜200μm)、セラミック粉末としてのZrO2(平均粒径1〜4μm)、非金属導電材料粉末としてのカーボンブラック、及び有機バインダとしてのPVAを所定量配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥して準備素材を調整した。なお、比較のために、特定複合酸化物の代わりにTiO2(アナターゼ型)を用いた準備素材も作製した。
(Example 3)
Fine glass powder (average particle size 80 μm), metallic Ti powder or Ti 3 O 5 powder (average particle size 0.5 to 200 μm), ZrO 2 (
次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地となし、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た。なお、ガラス粉末の材質は実施例1と同じである。得られた抵抗体組成物について、炭素の含有量をガス分析により求めた。結果を表10に示している。また、表9には、粗粒ガラス、微粒ガラス、金属Ti又はTi3O5、ZrO2の各含有量を、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値にて示している。 Next, a predetermined amount of coarse glass powder (average particle size 250 μm) was blended into this to form a raw material base, which was hot press molded at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 100 MPa to obtain a resistor composition. The material of the glass powder is the same as in Example 1. About the obtained resistor composition, carbon content was calculated | required by the gas analysis. The results are shown in Table 10. Table 9 shows the contents of coarse glass, fine glass, metal Ti, Ti3O5, and ZrO2 as values estimated from the blending ratio at the time of preparing the resistor composition.
そして、上記抵抗体組成物のバルクの電気比抵抗を実施例1と同様に測定した。また、抵抗体15の組成を除いて実施例1と同様のスパークプラグを各種作製し、同様の実験を行った。以上の結果を表10に示す。
The bulk electrical resistivity of the resistor composition was measured in the same manner as in Example 1. Various spark plugs similar to those in Example 1 except for the composition of the
すなわち、金属TiないしTi3O5を抵抗体中に配合したものは、これらに代えてTiO2を使用したものと比較して、負荷寿命特性及び温度特性ともに良好であることがわかる。この場合、金属TiないしTi3O5の含有量を0.5〜10重量%(望ましくは3〜5重量%)とすること、あるいはその粒径を5〜100μm(望ましくは20〜50μm)とすることで、一層良好な結果が得られていることがわかる。 That is, it can be seen that the compound containing metal Ti or Ti3O5 in the resistor has better load life characteristics and temperature characteristics than those using TiO2 instead. In this case, the content of the metal Ti or Ti3O5 is set to 0.5 to 10% by weight (preferably 3 to 5% by weight), or the particle diameter thereof is set to 5 to 100 μm (preferably 20 to 50 μm). It can be seen that even better results are obtained.
(実施例4)
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、TiC又はTiN粉末(平均粒径0.7〜5μm、含有される酸素量を予めガス分析により同定)、セラミック粉末としてのZrO2(平均粒径1〜4μm)、及び有機バインダとしてのPVAを所定量配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥して準備素材を調整した。なお、比較のために、TiC又はTiN粉末に代えてカーボンブラック(平均粒径0.06μm)を使用したものも用意した。
Example 4
Fine glass powder (average particle size 80 μm), TiC or TiN powder (average particle size 0.7-5 μm, the amount of oxygen contained is identified in advance by gas analysis),
次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地となし、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た。なお、ガラス粉末の材質は、SiO2を60重量部、B2O3を25重量部、Li2Oを5重量部、及びBaOを7重量部配合・溶解して得られるホウケイ酸リチウム−バリウムガラスであり、その軟化温度は720℃であった。得られた抵抗体組成物について、炭素の含有量をガス分析により求めた。結果を表11及び表13に示している。また、表11及び表13には、粗粒ガラス、微粒ガラス、TiC又はTiN、ZrO2の各含有量を、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値にて示している。なお、炭素成分の分析総量WC0から、TiCに含有される炭素成分量WC1(本実施例ではTiCの配合量から推定しているが、抵抗体をICP分析等により直接分析してTi成分の含有量を求め、これと等モルの炭素成分の値として算出することもできる)を減ずることにより、遊離炭素成分量WCP(=WC0−WC1)を算出している。 Next, a predetermined amount of coarse glass powder (average particle size 250 μm) was blended into this to form a raw material base, which was hot press molded at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 100 MPa to obtain a resistor composition. The material of the glass powder is lithium borosilicate-barium glass obtained by blending and dissolving 60 parts by weight of SiO2, 25 parts by weight of B2O3, 5 parts by weight of Li2O, and 7 parts by weight of BaO. The temperature was 720 ° C. About the obtained resistor composition, carbon content was calculated | required by the gas analysis. The results are shown in Tables 11 and 13. Moreover, in Table 11 and Table 13, each content of coarse glass, fine glass, TiC or TiN, and ZrO2 is shown by the value estimated from the mixture ratio at the time of resistor composition preparation. The carbon component amount WC1 contained in TiC is estimated from the total analysis amount WC0 of the carbon component (in this example, estimated from the compounding amount of TiC, but the resistor is directly analyzed by ICP analysis or the like to contain the Ti component) The amount of free carbon component WCP (= WC 0 -WC 1) is calculated by subtracting the amount obtained and calculating the amount of the carbon component equivalent to this amount.
そして、上記抵抗体組成物のバルクの電気比抵抗を実施例1と同様に測定した。また、抵抗体15の組成を除いて実施例1と同様のスパークプラグを各種作製し、次の実験を行った。負荷寿命特性は、まずスパークプラグの初期抵抗値R0を測定し、次いでこれを自動車用トランジスタ点火装置に取り付け、スパークプラグの温度を350℃に昇温し、放電電圧20kV、放電回数3600回/分で300時間放電させた後の抵抗値をRとして、抵抗値変化率ΔR={(R−R0)/R}×100(%)により評価した。また、電波ノイズ特性の評価は実施例1と同様にして行った。以上の結果を表12及び表14に示す。
The bulk electrical resistivity of the resistor composition was measured in the same manner as in Example 1. Various spark plugs similar to those in Example 1 except for the composition of the
すなわち、導電材料としてカーボンブラックの一部に代えて、TiCないしTiNを使用したものは、高温(350℃)においても負荷寿命特性が良好であることがわかる。この場合、TiCないしTiNの含有量を1〜10重量%(望ましくは5〜6重量%)とすることで、初期抵抗値も比較的低く、電波ノイズ防止性能においても特に良好な結果が得られている。また、TiCないしTiNの粒径を5μm以下とするか、あるいは原料のTiCないしTiN粉末の酸素含有量を3重量%未満に設定すれば、負荷寿命特性をさらに良好とできることもわかる。 That is, it can be seen that those using TiC or TiN instead of part of carbon black as the conductive material have good load life characteristics even at high temperatures (350 ° C.). In this case, by setting the content of TiC or TiN to 1 to 10% by weight (preferably 5 to 6% by weight), the initial resistance value is also relatively low, and particularly good results in radio noise prevention performance are obtained. ing. It can also be seen that if the particle size of TiC or TiN is 5 μm or less, or the oxygen content of the starting TiC or TiN powder is set to less than 3% by weight, the load life characteristics can be further improved.
(実施例5)
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、各種粒径及びストラクチャー長を有するカーボンブラック、セラミック粉末としてのZrO2(平均粒径1〜4μm)、及び有機バインダとしてのポリエチレングリコールとを所定量配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥して準備素材を調整した。なお、カーボンブラックの平均粒径はレーザー回折式粒度計を用いて測定し、ストラクチャー長は前記JISに記載された方法により測定した。
(Example 5)
A predetermined amount of fine glass powder (average particle size of 80 μm), carbon black having various particle sizes and structure lengths, ZrO 2 (average particle size of 1 to 4 μm) as ceramic powder, and polyethylene glycol as an organic binder are mixed, and water Was prepared by wet mixing with a ball mill using as a solvent, and then drying to prepare a preparation material. The average particle size of carbon black was measured using a laser diffraction particle size meter, and the structure length was measured by the method described in the JIS.
次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地となし、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た(試料番号1〜24)。なお、ガラス粉末の材質は、実施例1と同じである。得られた各抵抗体組成物について、アルキメデス法により測定した見かけ密度の値を表15に示している。また、表15には、粗粒ガラス、微粒ガラス、ZrO2の各含有量を、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値にて示している。次に、抵抗体15の組成を除いて実施例1と同様のスパークプラグを各種作製した(各試料番号につきn=20)。なお、各スパークプラグの電気抵抗値(抵抗体15を介した中心電極3と端子金具13との間の値)の初期値は、カーボンブラックの配合量により、5kΩ±0.3kΩとなるように調整している。これらスパークプラグを用いて、次の実験を行った。
Next, a predetermined amount of coarse glass powder (average particle size 250 μm) was blended into this to form a raw material base, which was hot press molded at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 100 MPa to obtain a resistor composition (sample)
まず、各スパークプラグの電気抵抗値(抵抗体15を介した中心電極3と端子金具13との間の値)を、ホイートストンブリッジ法により測定し、各試料番号毎にその標準偏差を算出するとともに、3σ<0.6であったものを◎(優)、0.6≦3σ<1.2であったものを○(良)、1.2≦3σ<1.8であったものを△(可)、3σ≧1.8であったものを×(不可)として評価した。また、負荷寿命特性は、まずスパークプラグの初期抵抗値R0を測定し、次いでこれを自動車用トランジスタ点火装置に取り付けて放電電圧20kV、放電回数3600回/分で250時間放電させ、放電後の電気抵抗値の抵抗値をRとして、抵抗値変化率ΔR={(R−R0)/R}×100(%)を測定することにより評価した。なお、判定は、ΔRが±15%以内のものを◎(優)、±25%以内のものを○(良)、±30%以内のものを△(可)、±30%を越えるものを×(不可)とした。以上の結果を表15に示す。
First, the electrical resistance value of each spark plug (the value between the
この実験結果から次のことが判明する。
すなわち、平均粒径が20nm〜80nmであり、かつストラクチャー長さが60ml〜120ml/100gのカーボンブラックを使用することで、規定の電気抵抗値(この場合、5±0.3kΩ)を得る上でのカーボンブラックの配合量を少なくでき、抵抗体の見かけ密度が上昇している。そして、抵抗値のばらつきが少なく、かつ負荷寿命特性においても良好な結果が得られている。
From this experimental result, the following is found.
That is, when carbon black having an average particle diameter of 20 nm to 80 nm and a structure length of 60 ml to 120 ml / 100 g is used, a specified electric resistance value (in this case, 5 ± 0.3 kΩ) is obtained. The amount of carbon black added can be reduced, and the apparent density of the resistor is increased. In addition, there is little variation in resistance value, and good results are obtained in load life characteristics.
1 主体金具
2 絶縁体
3 中心電極
4 接地電極
13 端子金具
15 抵抗体
16,17 導電性ガラスシール層
DESCRIPTION OF
Claims (35)
前記抵抗体組成物が、前記セラミック粒子として半導体性セラミック粒子を含有するものとされ、
前記端子金具と前記中心電極との間で前記抵抗体を介して通電することにより測定される電気抵抗値の、20℃における値をα1、同じく150℃における値をα2として、(α2−α1)/α1≧−0.30であることを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition contains semiconductor ceramic particles as the ceramic particles,
(Α2−α1) where α1 is a value at 20 ° C. and α2 is a value at 150 ° C. of an electrical resistance value measured by energizing the resistor between the terminal fitting and the center electrode. /Α1≧−0.30, a spark plug containing a resistor.
粒径範囲150〜800μmに属するガラス粒子からなるブロックガラス粒子を50〜90体積%と、
前記導電性材料と、前記セラミック粒子と、それら導電性材料とセラミック粒子とを分散させた状態で互いに結合する結合ガラス相とを含有して、前記ブロックガラス粒子間を埋める形態をなし、前記抵抗体中に導電路を形成する導電路形成部を10〜50体積%と、
を含む請求項2ないし8のいずれかに記載の抵抗体入りスパークプラグ。 The resistor composition is:
50 to 90% by volume of block glass particles made of glass particles belonging to a particle size range of 150 to 800 μm,
It contains the conductive material, the ceramic particles, and a bonded glass phase that binds to each other in a state in which the conductive material and the ceramic particles are dispersed to form a space between the block glass particles, and the resistance 10 to 50% by volume of a conductive path forming part for forming a conductive path in the body,
A spark plug containing a resistor according to any one of claims 2 to 8.
2〜65重量%の前記セラミック粒子と、
0.1〜7重量%の炭素成分とを含有する請求項14ないし17のいずれかに記載の抵抗体入りスパークプラグ。 The resistor composition includes 2 to 60% by weight of glass,
2 to 65% by weight of the ceramic particles;
The spark plug containing a resistor according to any one of claims 14 to 17, comprising 0.1 to 7% by weight of a carbon component.
前記抵抗体組成物が、前記セラミック粒子として、平均粒径が0.5〜20μmのTiO2粒子を0.5〜20重量%の範囲で含有する抵抗体組成物で主に構成されるとともに、
該抵抗体組成物中のTiO2粒子の少なくとも一部がルチル型結晶構造を有することを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition is mainly composed of a resistor composition containing, as the ceramic particles, TiO2 particles having an average particle diameter of 0.5 to 20 μm in a range of 0.5 to 20% by weight,
A spark plug containing a resistor, wherein at least a part of the TiO2 particles in the resistor composition has a rutile crystal structure.
前記抵抗体組成物が、前記セラミック粒子として、半導体性のチタン酸金属塩系複合酸化物及び半導体性のジルコン酸金属塩系複合酸化物の少なくともいずれか(以下、両者を総称する場合は特定複合酸化物という)を0.5〜20重量%の範囲で含有することを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition is at least one of a semiconducting metal titanate complex oxide and a semiconducting zirconate complex oxide (hereinafter referred to as a specific composite when both are collectively referred to) as the ceramic particles. A spark plug containing a resistor, characterized by containing an oxide in the range of 0.5 to 20% by weight.
前記抵抗体組成物が、前記導電性材料としてのTiを主体とする金属相(以下、Ti系金属相という)と、前記セラミック粒子として組成式TinO2n−1で表示される亜酸化チタン粒子との少なくともいずれかを含有する抵抗体組成物からなることを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition includes a metal phase mainly composed of Ti as the conductive material (hereinafter referred to as Ti-based metal phase) and titanium suboxide particles represented by a composition formula TinO2n-1 as the ceramic particles. A spark plug containing a resistor, comprising a resistor composition containing at least one of them.
前記抵抗体組成物が、非金属導電性材料として、TiC粒子及びTiN粒子の少なくとも一方を含有することを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor-containing spark plug, wherein the resistor composition contains at least one of TiC particles and TiN particles as a nonmetallic conductive material.
2〜60重量%の前記セラミック粒子とを含有する請求項22ないし26のいずれかに記載の抵抗体入りスパークプラグ。 The resistor composition includes 20 to 80% by weight of glass,
The spark plug containing a resistor according to any one of claims 22 to 26, comprising 2 to 60% by weight of the ceramic particles.
前記抵抗体を構成する抵抗体組成物は、主にガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、平均粒径が20nm〜80nmのカーボンブラック粒子とからなる原料粉末を用いて製造されたものであることを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. And a resistor is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition constituting the resistor is manufactured using a raw material powder mainly composed of glass particles, ceramic particles other than glass, and carbon black particles having an average particle diameter of 20 nm to 80 nm. This is a spark plug with a resistor.
20〜80重量%のガラス粉末と、
20〜50重量%のセラミック粉末と、
5〜30重量%のカーボンブラック粉末と、
0.05〜5重量%の有機バインダーとを含有するものが使用される請求項28又は29に記載の抵抗体入りスパークプラグ。 The raw material powder of the resistor composition is:
20 to 80% by weight of glass powder;
20-50% by weight of ceramic powder;
5-30 wt% carbon black powder;
30. The spark plug containing a resistor according to claim 28 or 29, wherein the spark plug contains 0.05 to 5% by weight of an organic binder.
前記抵抗体組成物の原料粉末として、主にガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、平均粒径が20nm〜80nmのカーボンブラック粒子とからなるものが使用されることを特徴とする抵抗体入りスパークプラグの製造方法。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. A resistor-containing spark plug in which a resistor is disposed between the center electrode and the center electrode,
As a raw material powder for the resistor composition, a resistor powder is used, which is mainly composed of glass particles, ceramic particles other than glass, and carbon black particles having an average particle size of 20 nm to 80 nm. Spark plug manufacturing method.
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